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據(jù)“中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)”公眾號(hào)4月27日消息，在第五個(gè)“中國(guó)航天日”上，備受關(guān)注的中國(guó)行星探測(cè)任務(wù)被命名為“天問(wèn)（Tianwen）系列”，首次火星探測(cè)任務(wù)被命名為“天問(wèn)一號(hào)”。

根據(jù)計(jì)劃，2020年我國(guó)將實(shí)施首次火星探測(cè)任務(wù)，目標(biāo)是通過(guò)一次發(fā)射任務(wù)，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞和著陸巡視，開(kāi)展火星全球性和綜合性探測(cè)，并對(duì)火星表面重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行巡視勘查。

為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次火星探測(cè)工程來(lái)自4億公里距離之遙微弱信號(hào)的數(shù)據(jù)接收，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)在天津武清站新建了70米高性能接收天線（GRAS-4），它是亞洲最大的單口徑全可動(dòng)天線，是完成我國(guó)火星探測(cè)器科學(xué)數(shù)據(jù)接收任務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備。

4月25日，由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)承建的首次火星探測(cè)工程地面應(yīng)用系統(tǒng)在天津武清站成功實(shí)施完成了70天線反射體的整體吊裝。

問(wèn)：為什么會(huì)選擇火星做為中國(guó)行星探測(cè)的第一站？

李春來(lái)：火星是在太陽(yáng)系中距離地球較近、自然環(huán)境與地球最為類似的行星之一，一直以來(lái)都是人類深空探測(cè)的熱點(diǎn)。從1961年以來(lái)至今，已實(shí)施的火星探測(cè)活動(dòng)已經(jīng)達(dá)到45次，但成功和部分成功的任務(wù)一共僅有22次?？梢哉f(shuō)，除月球之外，火星是最受關(guān)注的天體。

中國(guó)首次自主火星探測(cè)不僅在于探究火星生命的存在和演化過(guò)程等問(wèn)題，更可以借此了解地球的演化歷史和預(yù)測(cè)地球的未來(lái)變化趨勢(shì)，同時(shí)也為人類開(kāi)辟新的生存空間尋找潛在的目標(biāo)。探測(cè)和研究火星，最終目的是為了地球和人類，是為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

按照計(jì)劃，“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)任務(wù)要一次性完成“繞、落、巡”三大任務(wù)，這也標(biāo)志著我國(guó)行星探測(cè)的大幕正式拉開(kāi)。

問(wèn)：火星探測(cè)數(shù)據(jù)的接收和此前探月數(shù)據(jù)的接收相比，難在哪？為什么要建這個(gè)70米的大天線？

李春來(lái)：月球與地球的距離約為36～40萬(wàn)千米，而火星距離地球?yàn)?600萬(wàn)～4億千米，地火最遠(yuǎn)距離約為地月距離的1000倍。發(fā)射信號(hào)的衰減與距離的平方成正比，相同發(fā)射功率的信號(hào)到達(dá)地球?qū)⒎浅Ｎ⑷?，而增大地面接收天線的口徑，也就是接收面積，是提高信號(hào)信噪比的基本途徑。

火星探測(cè)對(duì)數(shù)據(jù)接收任務(wù)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，從火星來(lái)的信號(hào)衰減非常厲害，信號(hào)非常弱，沒(méi)有這個(gè)大口徑的天線，就不能完成數(shù)據(jù)接收的任務(wù)。我們?cè)谧钸h(yuǎn)的時(shí)候，很可能還得加上密云的50米天線和40米天線，以及昆明的40米天線，四個(gè)天線同時(shí)接收數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行信號(hào)合成，才能完成火星探測(cè)數(shù)據(jù)的接收任務(wù)。

問(wèn)：請(qǐng)您簡(jiǎn)要介紹下新建設(shè)的70米天線的基本情況，它有哪些技術(shù)亮點(diǎn)和“超能力”？

李春來(lái)：70米天線為輪軌式全可動(dòng)卡塞格倫天線，工作頻段為S、X和Ku， 總重約2700噸，高72米，主反射面直徑70米，由16圈共1328塊高精度的實(shí)面板組成，面積相當(dāng)于9個(gè)籃球場(chǎng)大小。

70米天線采用了很多新的技術(shù)，比如說(shuō)傘性結(jié)構(gòu)反射體支撐，這個(gè)反射體重、大，光反射體就達(dá)450噸，把這么大的反射體撐起來(lái)，我們采用了整體吊裝的形式；再如，提高數(shù)據(jù)接收效率方面，我們采用了主副反射面修正賦型技術(shù)和多頻段組合設(shè)計(jì)技術(shù)，在提高天線效率（X頻段10度仰角以上天線效率達(dá)到60%）的同時(shí)降低了旁瓣電平，減少了系統(tǒng)噪聲，提高了抗干擾能力。70米天線于2018年10月開(kāi)工建設(shè)，計(jì)劃于2020年竣工驗(yàn)收。

GRAS-4天線建成后的效果圖

問(wèn)：70米大天線于2018年開(kāi)工建設(shè)至今，最大的挑戰(zhàn)是什么？如何解決的？

李春來(lái)：口徑大、工期緊，從開(kāi)工到驗(yàn)收在短短不到兩年內(nèi)完成，對(duì)于全國(guó)甚至亞洲最大的全可動(dòng)天線來(lái)說(shuō)是不可想象的。

為了解決好這些問(wèn)題，我們結(jié)合大天線施工的關(guān)鍵技術(shù)，建立了施工技術(shù)和進(jìn)度管理緊密結(jié)合的管理體系，將天線基礎(chǔ)建設(shè)與天線研制并行工作：合理規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)安裝和集成的計(jì)劃安排，調(diào)整天線現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，通過(guò)并行工藝盡可能縮短現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間；天線反射體采用整體吊裝方案，與天線座架并行施工；俯仰框架地面拼裝、整體吊裝；天線伺服設(shè)備提前進(jìn)場(chǎng)，與天線結(jié)構(gòu)后期同步施工。

問(wèn)：整體吊裝完成，意味著火星數(shù)據(jù)接收天線進(jìn)展到哪一步了？接下來(lái)還要做哪些工作？

李春來(lái)：整體吊裝完成意味著天線主題結(jié)構(gòu)的基本完成。但吊裝完成后還有大量的工作需要做，后續(xù)將進(jìn)一步完成外圍6圈剩余面板的鋪設(shè)，以及伺服系統(tǒng)、饋源網(wǎng)絡(luò)和制冷接收機(jī)等設(shè)備的安裝；還要進(jìn)行一定時(shí)間的系統(tǒng)調(diào)試、校準(zhǔn)和試運(yùn)行，才能具備執(zhí)行任務(wù)的能力。

預(yù)計(jì)到2020年10月，70米大天線能完全具備火星探測(cè)的數(shù)據(jù)接收能力。

GRAS-4天線與火星探測(cè)器數(shù)傳通信示意圖

問(wèn)：70米大天線除能接收火星探測(cè)的數(shù)據(jù)外，是否還能接收其他行星或其他深空探測(cè)的數(shù)據(jù)？對(duì)未來(lái)我國(guó)深空探測(cè)有怎樣的意義？

李春來(lái)：可以，天線是通用設(shè)備，一個(gè)70米天線相當(dāng)于3個(gè)40米天線，但如果頻段或數(shù)據(jù)模式不同，則需要安裝相應(yīng)頻段的接收機(jī)和解調(diào)設(shè)備。

70米天線建成后，將成為亞洲最大的單口徑全可動(dòng)天線，能夠大幅度提高我國(guó)深空探測(cè)下行數(shù)據(jù)的接收能力，為完成我國(guó)首次火星探測(cè)工程任務(wù)以及后續(xù)的小行星、彗星等深空探測(cè)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。