新浪科技综合|科学大家|星辰大海：天问一号的奔向火星之路( 八 )_

给大家举一个例子，月球离地球38万公里，而火星最远的距离相当于1000倍的地月距离，因此地面发射的信号，在火星上接收到的强度是在月球的百万分之一，因为无线电传输的能量与距离的平方成反比。但随着近十年航天科技的发展，这件事情如今已不再困难。
具体是怎么来解决这个问题的？第一是地面设施的完备。下图是国家在武清建设的70m直径单口径天线，应该说还是非常壮观的。再有探测器上通信电子设备已经全部数字化，灵敏度较传统模拟设备提高显著。

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另外还有一些我们独创的方案和智慧。火星车与地球地面通信受很多限制，因而其对地通信只能发个短信息，告诉地面我很健康、现在能源充足等，仅包含几个简单的字。所有探测的数据，如对周围环境的感知、科学探测数据等，都要通过环绕器再传到地球地面，因为环绕器有更大口径的天线、更充足的太阳能、更高功率的发射机，可以提供更好的通信。

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这次火星探测既要环绕，又要着陆、巡视，不仅要面对这三个任务单独带来的困难，也要面临这三个任务耦合在一起的困难，通讯就面临这个问题。美国已经有了在轨航天器作为信号中继，毅力号飞到火星直接着陆即可。已有的在轨航天器提前做好相位调整，可以给毅力号提供数据支持，数据传输可以有很多窗口。但我们的天问一号不行，只有同期去的一个环绕器，一天只有一次数据传输机会，怎么办？我们就在频段上做了一些新的方案，除了现在回传采用的UHF天线之外，还把对地X频段复用成2G的中继通信频段，这样就可以把一个节点当成两个节点，甚至三个节点来使用。
解决了通信，接下来的一个问题就是如何安全度过魔鬼九分钟后还能够生存，并成功着陆在火星表面。探测器从进入火星大气到着陆的过程中，由于信号的20分钟时延，不可能靠地球地面上的手动干预来控制它的状态，而是要靠探测器自主完成。这个过程很复杂，要自主控制导航、弹伞、抛大底等一系列过程。此外，还要考虑火星环境对探测器的影响，不管火星刮风、沙尘还是普通晴天，都要保证能够正常完成任务。
整个九分钟的过程大概分为四个阶段：气动减速段，伞系减速段，动力减速段，还有着陆缓冲段。 98%的速度靠前两个阶段减速完成，后两个过程跟月球着陆非常接近，在此不做详细叙述。