天问一号距离地球约2亿公里，如何跟地面保持通讯？专家：有重器

我们都知道，自古以来人类都离不开信息的传递。然而由于古代生产力不发达，所掌握的科技水平非常低，为了加强对边关的管理和国内信息的传递，古人想到了建造烽火台、利用马匹等这些最原始的办法，通过点燃狼烟和八百里传书等方式传递信息。

随着科学技术的发展，到了1837年，艾尔菲德·维尔、摩尔斯发明了一种早期的数字化通信形式——摩尔斯电码，随后又出现了电话通讯，直到现在5G时代的万物互联互通，可以说信息传递的发展，极大地推动了人类文明的车轮滚滚向前。

而且也正是通讯技术的不断变革，人类才有机会向浩瀚的星辰大海进发，去探索更广阔的地方。例如1977年9月5日美国发射的旅行者一号，如今已经过去了快44年，成为距今离地球最远的人造天体。

尽管旅行者一号已经抵达太阳系最外层边界，距离地球超过220亿公里，但仍有足够的能量支持星际飞行，并且可以与地球保持通讯，只不过通讯信号回传单程需要约20.37小时，简单地说地面指令发出之后再收到回传基本上要2天。

但受各种宇宙环境的影响，无论是地面还是人造天体发出的信号会随着距离的增加而大幅衰减，此时接收器收到的时候已经非常微弱了，但是要想保证信号的正常传递，通讯技术功不可没。

以我国自主研发的天问一号火星探测器为例，如今探测器已经被火星引力捕获，并进入环火轨道绕火星飞行，大约三个月后着陆火星，并完成“绕”、“落”、“巡”，这其中同样离不开先进的通讯技术。那么问题来了，天问一号距离地球那么远，它是如何与它地面保持通讯的呢？

众所周知，火星是太阳系内距离太阳由近到远的第四颗行星，与太阳平均距离为1.52AU（1天文单位=149597870700米），而作为地球的“近邻”之一，火星与地球的距离大约在55000000千米~400000000千米（5500万~4亿公里），如此遥远的距离，即便是利用人类已经掌握的最快通讯信号电磁波进行传输，按照最远距离计算从发出信号到被接收单边也需要超过22分钟。

实际上，截止到2月10日被火星引力捕获时，经过长达近半年多的飞行，天问一号已累计飞行超过4.75亿公里，距离地球约1.93亿公里，但这个距离信号传递仍然是个大问题。

并且随着天问一号与地球之间距离的增加，两地之间的信号也会减弱，与此同时地球和火星都在自传，而且月球在围绕地球转，火卫一、火卫二在围绕火星转，这些巨大的天体有时也会遮挡信号，存在通讯“盲区”，从而严重影响地球与探测器之间的信号传递。

为了解决如此远距离的通讯问题，科学家们为天问一号量身打造了一整套通讯重器，那就是深空测控网。

根据专家的介绍，这套深空测控网由深空任务飞行控制中心、地面的深空测控站、航空器上的测控分系统以及通信网构成，其中大功率发射机、大口径抛物面天线、极高灵敏度的接收系统、信号处理系统等都是深空测控网必不可少的标配。

但是由于地火距离相距遥远，以至于火星探测器的有效载荷有限，能够携带的通讯天线尺寸也受限，这就导致地面与探测器之间本就受太空环境影响的通讯信号产生严重的衰减。为了解决这一问题，以便接受极其微弱的信号，科学家想到了通过建造大口径的天线来实现，并且作为深空通讯的核心之一，尺寸越大的天线，信号发射强度和接收灵敏度往往会更大。

目前，我国已在黑龙江省佳木斯、新疆维吾尔自治区喀什以及相隔万里重洋的南美洲阿根廷分别建造了大口径深空通讯天线的深空站，这三个深空站协同运行，为天问一号提供通讯支持。

同时，为了确保通讯的万无一失，我国还在天津市武清区建造了一个直径为70米的全可动单口径天线，这是迄今为止亚洲同类型天线中口径最大的，除此之外科学家还引入了信号相加合成技术，也就是将武清70米全可动单口径天线与建在北京密云的50米口径天线、40米口径天线及建在云南昆明的40米口径天线组成天线矩阵，形成一个综合性能相当于100米口径的天线，从而极大地提高地面接收微弱信号的能力。

而这一项“叠加”技术在2019年4月份的时候，也就是人类首次观测到的M87超大质量黑洞发布会上科学家也曾介绍过。由于M87星系黑洞离太阳系约5500万光年，体积也是太阳系的中心恒星太阳的680万倍，而地球上单个射电望远镜无法进行观测，当时天文科学就联合了世界上十几个射电望远镜组成射电望远镜矩阵，从而形成一个口径超过地球直径大小的虚拟射电望远镜。

据介绍，在这个巨大的虚拟射电望远镜协同运作的过程中，所观测的数据相当于欧洲粒子对撞机一年产生的数据量，因此这个原本在两年前就观测到的“黑洞”，要经过将近两年的“冲洗”才最终与世人见面。

目前，美国的毅力号火星探测器已在火星成功着陆，它将在这颗红色星球上开启生命探索之旅。而我的天问一号也在按原定计划实施“绕”、“着”、“巡”的火星探测任务，我们期待它通过深空测控网传回更多有关这颗红色星球更多的消息。