祝融號(hào)火星車如果向地球直接傳輸類似圖一這樣一張高清彩色照片理論上需要半個(gè)月時(shí)間，基于火星車直接對(duì)地通信能力完成一張高清照片傳輸需要8個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，而受火星自轉(zhuǎn)影響地火直接通信窗口每天只有半個(gè)小時(shí)，所以換算下來(lái)就是半個(gè)多月時(shí)間。鑒于直接對(duì)地傳輸效率過(guò)低，因此地火直接通信任務(wù)舍棄了圖片傳輸功能。
祝融號(hào)導(dǎo)航相機(jī)拍攝火星車車體
那么，這是否意味著通信功能的低下？恰恰相反，祝融號(hào)通信能力事實(shí)上已經(jīng)居于世界火星探測(cè)領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。
在天問一號(hào)著陸巡視器與環(huán)繞器分離的瞬間，前者就喪失了對(duì)地球進(jìn)行高碼速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，隨后進(jìn)入艙在3個(gè)多小時(shí)的自主降軌飛行以及約9分鐘的火星登陸任務(wù)過(guò)程中，環(huán)繞器會(huì)接收來(lái)自進(jìn)入艙的遙測(cè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)打包貯存起來(lái)，爾后擇機(jī)回傳地球。
著陸巡視器與環(huán)繞器分離
祝融號(hào)登陸火星表面后通過(guò)X頻段定向天線與地球深空測(cè)控站直接建立通信鏈路，但受限于火星車定向天線尺寸與功率，該通信鏈路只能傳輸基礎(chǔ)的遙測(cè)數(shù)據(jù)。正是基于遙測(cè)數(shù)據(jù)判讀，15號(hào)當(dāng)天我們就確認(rèn)了登火任務(wù)的成功。
基于遙測(cè)數(shù)據(jù)確認(rèn)祝融號(hào)登火成功
環(huán)繞器與著陸巡視器分離后隨即升軌回到原來(lái)的停泊軌道，爾后擇機(jī)實(shí)施第四次近火制動(dòng)，并于17日進(jìn)入運(yùn)行周期8.2小時(shí)的中繼通信軌道。當(dāng)天祝融號(hào)火星車就和環(huán)繞器建立了中繼通信鏈路，地球上的深空站也接收到了大量遙測(cè)與圖像數(shù)據(jù)。
祝融號(hào)火星車總共配置有兩部天線，一個(gè)是車體后部帶有指向能力的X頻段定向天線，另一個(gè)是車頭相機(jī)桅桿右側(cè)的UHF全向天線。定向天線碼速率高于UHF全向天線。
X頻段定向天線
具體通信策略如下：
1.火星車遙測(cè)數(shù)據(jù)由X頻段定向天線直接回傳地球；
2.火星車中繼通信主要依靠碼速率較低的UHF全向天線，每天兩個(gè)10分鐘的中繼通信窗口，一個(gè)在白天，一個(gè)在黑夜。
UHF全向天線（地面驗(yàn)證車）
白天時(shí)段環(huán)繞器處于遠(yuǎn)火弧段，距離較遠(yuǎn)，碼速率低，只能用于遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸。
夜間時(shí)段環(huán)繞器處于近火弧段，距離較低，碼速率高，可以傳輸圖像數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)傳輸能力隨兩器距離的變化而變化。
環(huán)繞器高增益定向天線
3.火星車定向天線與環(huán)繞器建立中繼通信鏈路，由于天線桅桿指向功耗較大，因此該手段并不是日常選擇，它可以用于量級(jí)較大的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)的中繼傳輸。
環(huán)繞器進(jìn)入中繼軌道后數(shù)據(jù)傳輸就相對(duì)方便得多，比如本月22號(hào)祝融號(hào)火星車駛離著陸平臺(tái)至火星表面，當(dāng)天地球深空站就接收到了避障相機(jī)拍攝的大批圖像。
祝融號(hào)駛離著陸平臺(tái)至火星表面
這也是為什么NASA毅力號(hào)火星車登火當(dāng)天就可以發(fā)布圖像數(shù)據(jù)的原因，他們?cè)诃h(huán)火軌道上有3+1顆中繼通信衛(wèi)星，分別是奧德賽火星探測(cè)器、火星勘測(cè)軌道器、火星大氣與揮發(fā)物演化探測(cè)器，以及歐空局的火星快車號(hào)探測(cè)器，規(guī)?？捎^的環(huán)繞器陣容也使得毅力號(hào)可以直接登陸火星，而無(wú)需攜帶環(huán)繞器。
反觀我們，天問一號(hào)著陸巡視器實(shí)施登火行動(dòng)時(shí)，且不說(shuō)環(huán)繞器只有一顆，就連這僅有的一顆環(huán)繞器都還沒有在中繼通信軌道就位。
火星勘測(cè)軌道器
這只能說(shuō)明兩家火星探測(cè)的家底不同，并不代表探測(cè)器通信能力的強(qiáng)弱。根據(jù)葉培建院士此前披露，祝融號(hào)火星車不論是對(duì)地球通信碼速率還是對(duì)環(huán)繞器通信碼速率都達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。
祝融號(hào)前避障相機(jī)拍攝駛離著陸平臺(tái)畫面
天問一號(hào)環(huán)繞器也不會(huì)一直待在中繼通信軌道，它只會(huì)在此待三個(gè)月，三個(gè)月后還要再次實(shí)施近火制動(dòng)進(jìn)入軌道高度更低的遙感軌道，開始執(zhí)行為期兩年的火星全球遙感科學(xué)探測(cè)任務(wù)，為后續(xù)火星探測(cè)任務(wù)積累數(shù)據(jù)，比如2028年我們將實(shí)施人類首次火星采樣返回任務(wù)。
天問一號(hào)及環(huán)繞器軌控計(jì)劃
這也是為什么祝融號(hào)火星車設(shè)計(jì)壽命是三個(gè)月的原因，當(dāng)然這只是設(shè)計(jì)壽命，實(shí)際壽命還得看火星車的具體狀況。
屆時(shí)祝融號(hào)地火中繼通信次數(shù)將大幅度減少，但可以借助歐空局的火星快車衛(wèi)星進(jìn)行中繼通信，從而繼續(xù)進(jìn)行火面探測(cè)。待進(jìn)入火星秋冬季后進(jìn)入休眠模式，一年多后環(huán)繞器結(jié)束遙感探測(cè)任務(wù)可以重返中繼通信軌道，繼續(xù)服務(wù)祝融號(hào)火星車的地火中繼通信。
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