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

據(jù)中國國家天文臺(tái)消息：在第五個(gè)“中國航天日”上，備受關(guān)注的中國行星探測任務(wù)被命名為“天問（Tianwen）系列”，首次火星探測任務(wù)被命名為“天問一號(hào)”。

　　根據(jù)計(jì)劃，2020年我國將實(shí)施首次火星探測任務(wù)，目標(biāo)是通過一次發(fā)射任務(wù)，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞和著陸巡視，開展火星全球性和綜合性探測，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)我國首次火星探測工程來自4億公里距離之遙微弱信號(hào)的數(shù)據(jù)接收，中國科學(xué)院國家天文臺(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，是完成我國火星探測器科學(xué)數(shù)據(jù)接收任務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備。4月25日，由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)承建的首次火星探測工程地面應(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。

　　為何會(huì)選擇火星作為行星探測的第一站？70米天線有哪些超能力？聽聽中國首次火星探測工程副總設(shè)計(jì)師兼地面應(yīng)用系統(tǒng)總指揮李春來的解答。

　　問：為什么會(huì)選擇火星做為中國行星探測的第一站？

　　李春來：火星是在太陽系中距離地球較近、自然環(huán)境與地球最為類似的行星之一，一直以來都是人類深空探測的熱點(diǎn)。從1961年以來至今，已實(shí)施的火星探測活動(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，除月球之外，火星是最受關(guān)注的天體。

　　中國首次自主火星探測不僅在于探究火星生命的存在和演化過程等問題，更可以借此了解地球的演化歷史和預(yù)測地球的未來變化趨勢，同時(shí)也為人類開辟新的生存空間尋找潛在的目標(biāo)。探測和研究火星，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，“天問一號(hào)”火星探測任務(wù)要一次性完成“繞、落、巡”三大任務(wù)，這也標(biāo)志著我國行星探測的大幕正式拉開。

　　問：火星探測數(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：月球與地球的距離約為36～40萬千米，而火星距離地球?yàn)?600萬～4億千米，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酰龃蟮孛娼邮仗炀€的口徑，也就是接收面積，是提高信號(hào)信噪比的基本途徑。

　　火星探測對(duì)數(shù)據(jù)接收任務(wù)來說是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，從火星來的信號(hào)衰減非常厲害，信號(hào)非常弱，沒有這個(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，才能完成火星探測數(shù)據(jù)的接收任務(wù)。

　　問：請(qǐng)您簡要介紹下新建設(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：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)籃球場大小。

　　70米天線采用了很多新的技術(shù)，比如說傘性結(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，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：70米大天線于2018年開工建設(shè)至今，最大的挑戰(zhàn)是什么？如何解決的？

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

　　為了解決好這些問題，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)場安裝和集成的計(jì)劃安排，調(diào)整天線現(xiàn)場施工工藝，通過并行工藝盡可能縮短現(xiàn)場安裝時(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，與天線結(jié)構(gòu)后期同步施工。

　　問：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？接下來還要做哪些工作？

　　李春來：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的數(shù)據(jù)接收能力。