祝融号火星车,即将失联一个多月

作者:褚英志(上海航天技术研究院火星探测型号项目办主任),编辑:木南,审核:水仙,原文标题:《祝融号即将失联一个月》,头图来自:视觉中国

我国首次自主火星探测任务天问一号探测器于2020年7月23号升空,2021年5月15日着陆火星乌托邦平原南部。截至今日,环绕器已经飞行工作了400余天,“祝融”火星车驶上火星表面也已经超过110天。目前探测器状态良好,已取得大量科学数据。然而,很快“祝融”号就将“失联”一个多月,这究竟是怎么回事呢?

目前,天问一号环绕器运行在中继通信轨道,主要为祝融号火星车进行中继通信。2021年9月中旬至10月下旬,火星、地球将运行至太阳的两侧,且三者近乎处于一条直线,即出现日凌现象,由于受太阳电磁辐射干扰的影响,器地通信将中断约50天,环绕器和火星车将转入安全模式,停止探测工作。

日凌结束后,环绕器将择机进入遥感使命轨道,开展火星全球遥感探测,获取火星形貌与地质结构、表面物质成分与土壤类型分布、大气电离层、火星空间环境等科学数据,同时兼顾火星车拓展任务阶段的中继通信。(国家航天局)

什么是日凌?

在关心祝融号是否安好之前,我们可能先要理解一下,什么是日凌现象?(注意有别于金星凌日、水星凌日现象)

其实传统意义上的日凌,是针对通信卫星提出的。通信卫星一般位于赤道上空,距离地球36000km轨道高度的地球同步轨道上。而每年的春分和秋分时节,太阳也刚好直射地球赤道。因此从地球上看,太阳恰好与通信卫星重合。

太阳每时每刻都在发射大量的杂乱无章的无线电信号,而我们用于接收卫星信号的天线,实际上也会接收到来自太阳的信号。要知道,在强大的太阳面前,卫星信号犹如烛火一般不值一提。虽然现在的天线指向精度很高,但来自太阳的无线电信号将不可避免地会干扰正常的通信卫星的信号,这会导致地面接收出现异常,例如我们家庭里的电视会信号不稳定,出现“雪花”屏或蓝屏。

祝融号火星车,即将失联一个多月

影响通信卫星的日凌现象

而今天要讲的是另外一种特殊的日凌。在探测火星时,探测器是绕火星飞行的,从宏观上看,探测器的空间位置与火星重合。那么,当火星被太阳挡住,或者说被太阳光完全淹没的时候,探测器自然也将被太阳遮挡。

这种情况什么时候会发生呢?在天文学上,火星和地球运行至太阳的两侧呈近似180°的现象被称为“火星合日”。根据太阳系天体运动的规律,今年火星合日将发生在10月8日,自9月23日至11月1日期间,火星与太阳的距离都不足5°。

日凌对火星探测器有什么影响?

天问一号火星探测器目前与地球的距离约4亿公里,如果我们以光速飞行,也要20多分钟才能到达探测器的位置。天问一号探测器距离我们如此之遥远,我们对它的状态只能通过无线电信号得知。火星合日前后,很容易出现日凌现象,探测器与地球之间的联系将受到太阳的显著影响,甚至有可能发生信号中断。在一旦无线电信号中断,我们就没法跟天问一号进行对话,也就无法指挥祝融号火星车移动、进行科研探测。

祝融号火星车,即将失联一个多月

天问一号环绕器拍摄的祝融号移动轨迹 | 图源:国家航天局

由于火星和地球都是以太阳为中心,相对运动比较慢,火星探测的日凌远长于地球通信卫星的日凌。其中,火星探测日凌的时长主要取决于——探测器与地面的通信链路受太阳影响断开和恢复的情况,同时也要考虑太阳的活动程度。

简而言之,太阳是一个巨大的辐射源,当它出现在我们地面站和探测器通信链路上时就会影响通信,这是一个自然现象。综合来说,这次,天问一号和“祝融”号将会失联一个多月。

天问一号将会如何度过日凌?

在日凌期间,我们对天问一号的状态将是一无所知的,这对天问一号的自主控制能力提出了较高的要求,天问一号必须在无人控制的情况下,保证探测器稳定工作,保持良好状态。在通信恢复后(出日凌)继续良好的开展科学探测工作。

首先,天问一号已经绕火星飞行210余天,地面控制人员对探测器的在轨状态是有数据和经验积累的,在“失联”期间,探测器将经历的外部环境条件是可预估的。其次,探测器针对可能出现的风险采取规避措施,同时根据预估的环境条件,在进入日凌前对探测器的相关系统进行状态设置,将整个探测器状态调整至相对简单、可靠的“安全模式”。

最后,探测器拥有自主管理能力,在日凌期间对器上系统进行定期检查,发现异常情况将按事先制定好的预案进行自主处置,保证探测器在出日凌后正常与地面建立通信链路。

祝融号火星车,即将失联一个多月

“祝融号”火星车 | 图源:国家航天局

总而言之,火星探测日凌是一个自然现象,探测器的运行可以本着稳妥可靠的原则开展,而日凌同时也为行星探测技术积累一定的经验。我们对天问一号探测器和“祝融”号火星车安全度过第一个日凌充满信心。正好也让辛苦了100多天的“祝融”好好放个假休息休息,你说是不是?

作者:褚英志

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