寂寞旅途“不偏轨” 上海天文台为“天问一号”火星探测任务保驾护航

图说：中国科学院上海天文台VLBI中心  新民晚报记者 孙中钦 实习生 华天择 摄（下同）

新民晚报讯（记者 马亚宁）今天中午12时41分，中国首次自主火星探测任务“天问一号”在海南文昌发射基地发射升空，正式拉开我国行星探测的大幕。奔向最远时距离地球4亿公里的火星，“天问一号”的旅程是一场黑暗中的漫长“马拉松”。“飞到哪里了？”，“飞向哪里去？”......这是它需要时时“自省”的重要问题。由中科院上海天文台牵头负责的甚长基线干涉测量（VLBI）测轨分系统，则可以帮助“天问一号”清晰地定位自我、瞄准方向，寂寞旅途“不偏轨”。

　　 “火星之旅” 实时测轨

火星是全球最为热门的行星“旅行地”。为了更好地探测火星，各国都陆续发射了不少的火星探测器。截至目前，美国成功地向火星发射了探测器并着陆，阿联酋火星探测器前不久也顺利升空。紧随其后，我国今夏正式加入“火星俱乐部”——继载人航天工程、探月工程之后，这是我国首次开展地外行星空间环境探测活动。

从“天问一号”发射开始，甚长基线干涉测量（VLBI）测轨分系统将参加地火转移、火星捕获、离轨着陆、环火探测等各阶段的测定轨任务。“特别是，实时任务持续到2021年，对于VLBI测轨的精度要求更高。”中科院上海天文台研究员洪晓瑜告诉记者，VLBI测轨分系统由北京站、上海站、昆明站和乌鲁木齐站以及位于上海天文台的VLBI指挥调度和数据处理中心组成。这样一个网所构成的望远镜分辨率相当于口径为3000多千米的巨大的综合口径射电望远镜，测角精度可以达到百分之几角秒，甚至更高。

对于中国航天来说，VLBI测轨分系统是重要的“导航装备”之一，从探月开始“加入编队”，已经圆满完成了嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥四号和嫦娥五号再入返回飞行试验器等VLBI测定轨任务。它使我国航天测控网从传统测距测速技术拓展为测距测速+VLBI高精度测角系统，大幅提高探测器测定轨测定位能力，对我国的月球和深空探测产生深远影响。

　　 精度大大提高

到火星去，要比“嫦娥奔月”的路途，遥远上千倍。这同样对VLBI系统提出了更高精度的要求。“在测轨中1纳秒的VLBI时延误差，到月球上是几十米的差距，放大到火星轨道上就是几十公里的偏轨。”中科院上海天文台研究员刘庆会说，从月球到火星对VLBI的精度要求，是真正的“差之毫厘，谬之千里”。“所以，用于火星探测VLBI测轨分系统，比月球探测时，精准度大幅提高。”

据介绍，为了提高VLBI测定轨的精度，VLBI测轨分系统共新研发了数十台套软件和硬件，分别布置于4个测站和VLBI中心，如VLBI中心的火星探测VLBI数据处理系统和定轨定位系统，4个测站的致冷接收机、前置型数据采集终端、基准信号锁相传输系统、GNSS接收机、氢原子钟、水汽辐射计等。“这些软件和硬件的研发，能够进一步提高观测装置的测量精度和可靠性、大气和电离层时延的改正精度，更好地完成火星探测器的VLBI测定轨任务。”刘庆会说。

图说：天马望远镜

随着“天问一号”顺利升空后，位于佘山脚下的上海天文台VLBI数据处理中心将迎来异常忙碌的半多个月。每天深夜，伴随着“天马”望远镜每几分钟在“天问一号”探测器和河外射电源间来回“摆头”，指挥大厅里灯火通明，几十位测轨人员要目不转睛地注视着实时传回来的信号，尽全力精确计算出“天问一号”在中国境内上空中的精准位置。

在外场，还有近百位技术人员日夜难寐，守护VLBI测轨分系统的顺利运行。“上海天文台把火星探测VLBI测定轨定为今年的一号任务予以重点保障，组建了一支133位技术人员组成的试验队，为首次火星探测任务VLBI测定轨任务的顺利完成任务提供着坚实保障。”洪晓瑜说。