“千里眼”“体检师”保驾护航

在天问一号进入火星大气后,距火星表面约7km高度时,航天科工二院25所研发的相控阵敏感器便开始工作,持续提供相对于火星表面多个方向的距离、速度数据,用于航天器的减速、悬停和软着陆控制,直至着陆巡视器降落至火星表面约5米处。

相控阵敏感器安装在火星着陆巡视器进入舱着陆平台的下方,作用范围十几千米,可谓火星探测器的太空“千里眼”,和其他不同原理的测量敏感器一起,密切配合,“接力”引导航天器平安落地。

据相控阵敏感器总工程师孙武介绍,这是国内首次将相控阵体制雷达应用于地外天体着陆测量。与此前的载人航天工程任务不同,火星和地球之间距离遥远,通信存在十几分钟的时延,在地球上无法控制着陆过程,必须让着陆巡视器自主完成这段旅程,对敏感器提出的要求极为苛刻。

“相比于国内外已有的着陆测量雷达,相控阵体制的雷达天线由多个辐射单元组成,就像生物学中蜻蜓的复眼,具有波束扫描快、指向灵活、目标容量大、抗干扰能力强等特点。”孙武详细介绍了新体制敏感器的技术优势。

“25所研制的相控阵敏感器能在预设的9个方向上任意快速切换,通过软件定义,在每个测量周期实时选取4个最优方向,测量距离速度信息,从而快速修正航天器的姿态测量误差,准确地找到火星的水平面,确保着陆器的方向控制准确无误。”

此外,火星上时常会发生剧烈的尘暴天气,在天问一号靠近火星表面时,航天器发动机喷射也会激起地面的粉尘和沙砾,对探测传感器造成影响。

“微波信号体制应对这种环境具有相对优势,”孙武说,“我们针对火星环境对产品进行综合优化,并在沙漠戈壁通过直升机气流模拟试验了在沙尘暴天气中的工作状态,确保测量的可靠性。”

此次使用的相控阵敏感器更加小型化、轻量化。“相当于用1套设备完成9套传统设备的功能。”相控阵敏感器设计师贾学振介绍,“这意味着航天器可以携带更多科学载荷和燃料,完成更多的探测任务。”

种类繁多、数量惊人的科学探测信号如何接收、怎么处理?这要依赖于国家天文台、地面接收站构建的火星探测地面应用系统。接收站如同是“眼睛”,遥望星河、接收信号;天文台好比是“大脑”,调度任务、处理信号。将火星端的图像、光谱、磁强信号,接收转化为地球端可显示的图片、波形。

而保障这套地面应用系统正常运转,为其做“体检”的正是中国航天科工三院304所软件评测团队。

为了全面模拟多任务并发的信号接收处理情况,团队在测试平台搭建、仿真数据模拟等既有经验基础上,用各种方法轮番“考验”这套系统,隐藏在软件内部的漏洞无所遁形。据相关人员介绍,在此前的“体检”中陆续发现百余处软件问题和隐患,将问题暴露于发生之前,守住了地面应用系统的“质量关”。

(本报记者 詹 媛)

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