天問二號任務無線電深空探測十年“追星”

在無垠的蒼穹之下，人類對宇宙星辰的向往，恰似永不熄滅的火焰，照亮了一代又一代人探索未知的征途。2025 年 5 月 29 日 1 時 31 分，西昌衛星發射中心，隨著一聲驚天動地的轟鳴，長征三號乙 Y110 運載火箭如同一頭掙脫束縛的巨龍，托舉著天問二號探測器直刺云霄（見圖 1）。這一刻，無數雙眼睛緊緊凝視，心潮隨著火箭的升騰而澎湃，因為天問二號開啟的，不僅是一次普通的航天發射，而是我國首次對地外小天體的“雙目標探測”偉大征程，這標志著我國深空探測正式邁向一個全新的階段。

天問二號肩負著前所未有的重任，它將歷經近 10 年的漫長歲月，跨越億萬千米的遙遠距離，先對小行星2016 HO3 進行伴飛、取樣并返回地球，而后奔赴主帶彗星 311P 開展科學探測。整個任務包含 13 個飛行階段，每一步都充滿了未知與挑戰，其風險難度之大，位居世界前列。正是這樣艱巨的任務，激發著無數航天人的熱血與豪情。

2025 年 7 月 1 日，國家航天局發布行星探測工程天問二號探測器在軌獲取的地月影像圖。此次發布的影像圖包括器地距離約 59 萬千米時拍攝的地球影像圖和器月距離約 59 萬千米時拍攝的月球影像圖，通過無線電深空探測網回傳地面后，由科研人員經處理制作而成。

回首往昔，從人類第一次仰望星空，對浩瀚宇宙充滿好奇開始，便踏上了這條永無止境的探索之路。如今，天問二號承載著全人類的期待，即將在宇宙深處書寫屬于中國航天的壯麗篇章。在這十年“追星”旅程中，無線電深空探測扮演著至關重要的角色，它如同一條無形卻堅韌的紐帶，連接著遙遠太空中的天問二號與地球家園。那么，在未來的十年里，它將如何助力天問二號突破重重難關，實現那些看似遙不可及的目標呢？讓我們一同走進天問二號任務無線電深空探測的十年“追星”傳奇。

天地無線電“紐帶”

深空探測網主要由分布在全球的多個深空站組成，這些深空站是實現對深空探測器測控和數據傳輸的關鍵。每個深空站都配備了大口徑的拋物面天線、大功率發射機、極高靈敏度的接收系統、信號處理系統，以及高精度、高穩定度時間頻率系統。這些設備使深空站能夠與距離地球數百萬千米甚至更遠的探測器建立聯系，完成對探測器的跟蹤測量、監視控制和信息交換，天問二號任務示意如圖 2 所示。

中國的深空探測網由喀什深空站、佳木斯深空站和阿根廷深空站組成，這 3 個深空站分別位于中國的西北部、東北部和南美洲阿根廷的西部。它們的布局確保了對深空探測器的全球覆蓋，能夠實現連續的測控支持。喀什深空站和佳木斯深空站的天線口徑分別為 35m 和 66m，而阿根廷深空站的天線口徑也是35m。這些大口徑天線能夠接收來自深空探測器的微弱信號，并向探測器發送指令和數據。

深空站的建設需要考慮諸多因素，如地理位置、電磁環境等。理想的深空站應建在電磁環境相對穩定的區域，以減少外界干擾對信號接收的影響。同時，站址的緯度也會影響其對不同軌道高度航天器的測控能力。通常，深空站的緯度選擇在南北緯30°~ 40°，以獲得較好的測控效果。

測控通信支持

在天問二號任務的各個階段，深空探測網為探測器提供連續的測控通信支持。從發射階段開始，深空站便實時跟蹤探測器，確保其按照預定軌道飛行。在巡航階段，深空探測網通過定期的測控通信，監測探測器的狀態，及時調整其軌道和姿態，確保探測器能夠順利抵達小行星目標區域。

針對天問二號任務距離遠、信號弱、時延高、頻段高的特點，中國電科網絡通信研究院科研團隊采用多頻波束波導測控天線多維場融合設計、饋源與接收機一體化制冷等技術，就好比給信號傳輸裝上了“超級加速器”和“穩定器”，在星海間搭建起一條暢通無阻的“信息通道”，實現深空測控通信的穩定傳輸。

在小行星環繞、采樣和轉移階段，深空探測網的作用更加關鍵。由于小行星的引力極小，探測器的軌道控制需要極高的精度。深空站通過高精度的測控通信，為探測器提供實時的位置和速度信息，指導其精確地實施軌道機動和采樣操作。同時，深空探測網還負責接收探測器在小行星工作期間發送的數據，確保任務的科學目標得以實現。

數據接收與處理

在深邃浩瀚的宇宙探索中，深空測控任務就像一場漫長又復雜的“星際馬拉松”。天問二號探測器在小行星探測過程中，會收集大量的科學數據，這些數據通過深空探測網的接收系統傳輸回地面控制中心。

深空通信的距離遙遠，信號傳輸過程中會受到各種干擾和衰減，導致數據的接收質量受到影響。深空探測網采用了先進的數據接收和處理技術，如極高靈敏度接收機、自適應信號處理算法等，以提高數據的接收質量和可靠性。地面控制中心接收到數據后，還需要進行一系列的處理和分析，如數據解碼、校正、融合等，以提取科學信息。

面對任務時間長、工作模式復雜、可靠性要求高等諸多挑戰，科研團隊做出新的技術探索。在喀什 4×35m 深空天線組陣系統中，技術人員采用全新的層次化軟件監控架構，實現了“有人值守，無人操作”的運行模式，可以減輕操作人員的壓力。系統配備健康管理設備，具備實時監測狀態和診斷故障的能力，保證任務萬無一失。

導航與定位保障

在跨越億萬千米的星際征途中，精準導航將決定深空科學探測任務的成敗。中國科學院上海天文臺（以下簡稱上海天文臺）將高精度甚長基線干涉測量（VLBI）數據加入深空探測器測定軌過程后，可大幅度提高探測器關鍵段軌道精度，以更高精度描繪天問二號探測器的星際航線，以更少燃料飛向更遠目標，讓人類探索宇宙的每一步都走得更穩、更遠。

上 海 天 文 臺 從 20 世 紀 70 年 代 起 持 續 攻 關VLBI 技術，歷經半個世紀，聯合分布于全國的射電望遠鏡，構建了一張覆蓋祖國大地、口徑相當于3200km 的“VLBI 虛擬超級望遠鏡”。

正是憑借這張天羅地網般的觀測系統，可以探測到飛行器在視線垂直方向的微小變化，結合測距、測速數據實現對深空探測器高精度測定軌。

本次天問二號任務周期長達 10 年，飛行最遠處可距離地球 5 億千米，同時面臨信號極其微弱、飛控高度復雜、高精度測定軌要求等多個新挑戰。

為應對天問二號任務的新需求，VLBI 測定軌團隊有針對性地開展關鍵技術攻關，主要包括小行星弱引力場下的軌道確定技術、小行星探測器相位參考 VLBI 定位技術。

VLBI 網啟用了 2 座新建觀測站（吉林長白山觀測站與西藏日喀則觀測站），對觀測管理模式進行了調整，優化了數據處理軟件接口，擴展了功能模塊。西藏日喀則 40m 射電望遠鏡如圖 3 所示。

經多次聯調聯試與任務演練，VLBI 已經具備了天問二號任務執行能力，新構建的“四站一中心”，包括 2 個新建觀測站和 2 個老觀測站（上海天馬觀測站、烏魯木齊南山觀測站），聯合升級后的上海VLBI 中心，將為天問二號探測器任務貢獻高質量VLBI 測量數據并提供精確軌道。

此外，深空探測網還可結合光學導航等手段，提高導航精度。例如，探測器上的光學相機可以拍攝目標小行星的圖像，通過圖像識別和處理，確定探測器相對于小行星的位置和姿態，為環繞和采樣探測提供更精確的導航支持。

多任務協同支持

隨著深空探測任務的不斷增加，深空探測網需要同時支持多個探測器的任務，這對測控資源的分配和管理提出了更高要求。例如，在天問二號任務實施期間，深空探測網還需同時支持其他深空探測任務，如月球、火星探測等任務。

為實現多任務協同支持，深空探測網采用了先進的任務調度和資源管理技術。通過優化觀測站的觀測計劃、合理分配測控資源，確保各任務能夠得到有效的支持。

國際合作與共享

深空探測是全球性的科學探索活動，需要各國之間的合作與共享。未來，中國的深空探測網將進一步加強與國際航天機構的合作，共同開展深空探測任務。通過與 NASA 深空網、ESA 深空網等國際測控網的聯網合作，實現資源共享、數據交換和聯合測控，提高全球深空測控能力，推動深空探測技術的發展和科學成果的產出。

國際合作不僅有助于解決深空探測網建設中的技術和資源問題，還能夠促進各國在深空探測領域的交流與合作，共同應對人類在宇宙探索中面臨的挑戰。例如，通過聯合開展深空探測任務，各國可以共享探測成果，加速對宇宙的認知和理解。

結語

無線電深空探測作為深空探測任務的“生命線”，在天問二號任務中發揮著不可或缺的作用。它不僅能為探測器提供精確的測控通信和數據接收支持，確保任務的順利實施，還能為天問二號任務的科學探測提供有力保障。隨著深空探測技術的不斷發展，深空探測網將不斷升級和優化，以適應未來更遠距離、更復雜的深空探測任務需求。同時，深空探測網也將拓展其功能和應用領域，為人類探索宇宙奧秘、推動天文學和空間科學的發展做出更大的貢獻。在未來的深空探索征程中，深空探測網將繼續發揮其核心支撐作用，助力人類不斷拓展認知邊界，邁向更加遙遠的宇宙深處。