火星车 登陆火星4天,为何才迟迟传回照片到地球?
法律顾问:赵建英律师
国家航天局19日发布我国首次火星探测任务天问一号探测器着陆过程两器分离和着陆后火星车拍摄的影像。图像中,着陆平台驶离坡道以及祝融号火星车太阳翼、天线等机构展开正常到位。
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由火星车前避障相机拍摄,正对火星车前进方向
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由导航相机拍摄,镜头指向火星车尾部。图中可见火星车太阳翼、天线展开正常到位;火星表面纹理清晰,地貌信息丰富。
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由环绕器的监视相机拍摄的着陆巡视器分离过程图像
5月15日,天问一号任务着陆巡视器成功软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区后,火星车建立了对地通信。5月17日,环绕器实施第四次近火制动,进入中继通信轨道,为火星车建立稳定的中继通信链路,陆续传回图像数据。目前,火星车正在开展驶离着陆平台的准备工作,将择机驶上火星表面,开始巡视探测。(注:以上信息来自国家航天局)
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为何姗姗来迟?
之前很多人好奇甚至质疑,为什么已经着陆火星多天,祝融号火星车为何还没有传回照片?
要知道火星距离地球最近都要为5500万公里,而电磁波传播的速度大约是30万公里/s,所以会存在延时。更重要的是,祝融号要和天问一号轨道器建立通信链路。中国科学家为火星车设计了超高频(UHF)、X频段两种不同频率的数传链路,所以根据这两种频段的特性,祝融号有两种通信数传机制:一是X频段直接对地通信,二是器间通信(UHF为主,X频段为辅)。
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X频段链路采用可转动式定向天线,可以实现直接对地传输,虽然直接对地通信持续时间长,但数传速率极低,仅为16bps,也就是说,每秒钟只能传输 16 个字节,其主要用于传输一些关键传感器数据,便于地面人员判断工作状态故,传输图像啥的是不可能的。
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虽然它也可以实现对环绕器的数传,数据率相对较高,但存在天线指向控制需求,当环绕器位于近火弧段时,由于其方位角和高度角快速变化,对火星车定向天线提出了更高的指向控制要求。
而UHF链路作为主用数传链路,实现对环绕器的数据传输,数据率适中,但传输距离有限,只有当环绕器处于近火弧段时才能进行数传。出于简单方便考虑,UHF天线通常设计为固定天线,没有自主指向控制需求。
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所以环绕器和着陆巡视器通过UHF中继通信设备进行信息交互,着陆巡视器将分离后及着陆过程中的遥测信息通过UHF中继通信发送给环绕器,环绕器使用大口径高增益天线对地转发这些重要遥测数据,再经过17分钟左右的无线电波远距离传输时间,地面就可以收到这些重要的着陆过程信息。当然,我们在地球上需要建立巨大的深空通信天线网,才可以捕捉来自天问一号的微弱信号。
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服务于天问一号的天线之一:位于天津武清的70米口径全可动天线,这是亚洲最大口径同类天线,总面积比10个篮球场加一起还大(图片来源:央视)
总结来说,安装在环绕器上的X频段深空应答机建立了环绕器与地面的通信链路,安装在着陆巡视器中进入舱上的UHF频段收发信机是建立与环绕器之间通信的关键,安装在“祝融”号火星车上的UHF频段收发信机和X频段深空应答机等产品建立了与环绕器的中继通信及对地通信。
这些通信链路共同在地球与火星之间构成了一个立体通信网络,让环绕器在环绕过程始终与地面保持测控通信,并在着陆巡视器下降着陆过程以及抵达火星表面后与环绕器开展中继通信、与地面开展测控通信。
什么时候能够传回照片
5月15日7时许,祝融号落火,环绕器在完成着陆过程的中继通信任务后,又在265×65000km×86.9o(轨道周期2sol)的停泊轨道上又飞行1圈。5月17日早上8:15左右,环绕器至近火点,进行第四次近火制动,将轨道变为周期为三分之一个火星日的中继轨道,这样一个火星日内,环绕器可为火星车提供一次近火点中继通信和一次远火点中继通信,为后续的巡视探测任务提供指令上注和探测信息传输服务。
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