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天问一号被火星捕获,上海天文台牵头的“超级望远镜”测量精度达0.1纳秒
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2021-02-10 21:06
摘要:达到国际先进水平

解放日报•上观新闻报道:2021年2月10日19时52分,“天问一号”探测器实施近火制动(俗称“刹车”减速),被火星捕获,进入火星轨道,开启环绕火星之旅。

自2020年7月23日我国首次火星探测任务“天问一号”成功发射后,由中科院上海天文台牵头的甚长基线干涉测量(VLBI)测轨分系统就参与了对“天问一号”的测定轨工作。截至目前,VLBI分系统共进行了106次观测,测量精度达到0.1纳秒,时延率(指时延随着时间的变化)的测量误差不超过每秒0.3皮秒,均远优于技术指标要求,达到国际先进水平。既满足了火星探测器测定轨需求,又为后续的火星采样返回、木星探测、小行星探测VLBI测定轨打下了良好基础。

【“这就像放风筝,既要知道距离,更要知道它在哪个方向”】

VLBI测轨分系统以上海天文台为牵头总体单位,由国家天文台密云站、上海天文台天马站、云南天文台昆明站和新疆天文台乌鲁木齐站以及位于上海天文台的VLBI数据处理中心组成,之前已成功用于月球探测器实时高精度测定轨。这4个观测台站的望远镜联网后,分辨率相当于一个口径3000多千米的“超级望远镜”。


上海天文台VLBI深空探测指挥控制中心

“这就像放风筝,既要知道距离,更要知道它在哪个方向,需要在最短时间内测量到天问一号的位置变化。”中科院上海天文台研究员洪晓瑜说。

“天问一号”进入近火制动段时,地火距离一般达到1.9亿千米,信号的衰减剧烈。同样一个信号从月球和火星发出,在地球接收到的信号强度相差约25万倍。为捕捉更精准的信号,每隔几分钟,VLBI测轨分系统就会以银河系外的射电源为参照物,来探知天问一号的准确位置。

距离如此遥远,提高VLBI时延测量精度,成为提高测定轨精度的关键。为满足“天问一号”的测定轨要求,VLBI分系统团队完成了40多台套的软件和硬件的研发、测试和现场安装;持续开展了火星探测VLBI高精度测定轨技术研究和测试验证,大幅提高了VLBI的测量精度及执行任务的能力。

【基本不受“希望”号和“毅力”号信号影响】

相较于对“嫦娥五号”的实时高精度测定轨,“天问一号”VLBI测定轨有何不同?

“尽管距离更远,与天问一号的沟通存在一定的滞后,但事实上,由于VLBI时延测量精度提高了,对天问一号的测角精度相比探月时大幅提高。”中科院上海天文台研究员刘庆会说。

阿拉伯联合酋长国当地时间2021年2月9日宣布,该国首个火星探测器“希望”号成功进入火星轨道。与此同时,美国“毅力”号火星探测器也正在路上。这么多探测器,是否会干扰“天问一号”的信号?

“相较而言,天问一号发出的信号还是比较强的,基本不受影响。此外,接收信号的带宽可调节,并通过数据处理等手段,避免其它探测器发出的信号进入我们的接收频段。”刘庆会说。

据介绍,近火捕获完成后,VLBI测轨分系统将继续参加“天问一号”停泊段、离轨着陆段和科学探测段等观测,并对火星车进行定位。

题图来源:新华社 图片编辑:笪曦
文中图片由上海天文台提供
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