上圖為我國深空測控站在執行“天問一號”測控任務。呂炳宏攝

    今年7月，“天問一號”承載著中國航太人的探索和追尋，飛向深遠太空，開啟了中國的火星之旅。

    作為支援深空探測任務實施的核心繫統，深空測控網在其中具有不可替代的重要地位和作用。如果説，離開地球懷抱的“天問一號”像茫茫大海中的一葉扁舟，那深空測控網就是為它指引方向的“燈塔”。

    歷時近7個月任務周期，最遠將近4億公里的測控距離，對于年輕的中國深空測控網與航太測控人而言，這是一場前所未有的挑戰。

    測控係統是航太任務中的重要組成部分。航太器和測控係統的關係，猶如船與燈塔、風箏與線，後者指引著前者的方向、維係著前者的安危。

    相比于一般航太測控任務，深空測控任務具有跟蹤測量距離遠、信號傳輸時延高、導航測量難度大、任務持續周期長等特點。因此，深空測控係統又被認為是測控係統中的升級版。

    深空測控係統，一般由深空航太器上的星載測控分係統、地面的深空測控站、深空任務飛行控制中心以及將地面各組成部分連接在一起的通信網構成。

    大口徑拋物面天線、大功率發射機、極高靈敏度的接收係統、信號處理係統以及高精度高穩定度的時間頻率係統，都是深空測控網必不可少的“標配”。其功用，在于來獲取深空航太器的無線電跟蹤測量數據，發送上行指令，實現對深空航太器的遙控，並用于無線電科學和雷達天文學研究。

    當然，要想時刻緊緊攥住這根“風箏線”，必須在地球上實現對深空航太器的連續測控覆蓋。為了克服地球自轉的影響，深空測控網的布局，通常是在全球范圍內布站，盡可能減少測控盲區。

    隨著人類探索宇宙的腳步越走越遠，越來越多的航太大國開始研制設備並建設自己的深空測控網。

    布網

    2004年1月，我國正式啟動月球探測工程，拉開了深空探測的序幕。

    盡管我國已組建了由國內外陸基站點、海基測量船組成的航太測控網，但面對距離地球38萬公里的月球，當時的我們仍有點力不從心。

    2007年，為支撐起探月工程“繞、落、回”三步走的第一步——嫦娥一號繞月測控任務，中國西安衛星測控中心所屬青島、喀什測控站分別新建了兩座18米口徑測控天線，形成了中國深空測控網的雛形。

    面對“三步走”中數據通信更密集、實時性要求更高的嫦娥三號落月任務，2012年底，我國利用國土縱深優勢，在接近祖國“西極”的新疆喀什和接近祖國“東極”的黑龍江佳木斯，分別建設的兩座深空測控站正式投入使用。至此，中國深空測控網已初具規模。

    硬體水準雖然跟上了，但僅靠兩大深空站，我們仍無法實現對深空航太器的全時段測控覆蓋。

    為了更好地服務後續一係列深空探測任務，我國還在海外建成了首個深空測控站。

    作為支撐國家重大航太工程任務的重要基礎設施，中國深空測控網在短短十幾年間從無到有，覆蓋率與性能從近乎空白躍升至世界前列，不僅兼具多頻段測控能力，更集測控、數據傳輸等多種功能于一體。它還可兼顧我國月球探測及行星探測，更能在技術體制上與國際主流的深空任務測控體制相相容，利于國際合作與任務交互支援。

    出道

    用“出道即精彩”來描述中國深空測控網也不為過。

    在那段中國航太初涉深空的日子裏，坐落于祖國東、西邊陲的兩個測控站，為千百年來始終胸懷飛天夢想的華夏兒女，一次次刷新了深空測控的“中國距離”。

    2012年12月13日，在佳木斯、喀什深空測控站的測控支援下，正在執行“拓展試驗任務”的嫦娥二號探測器，在距離地球約700萬公里的深空，與編號為4179號的小行星“圖塔蒂斯”擦肩而過，完成了人類對該小行星的首次近距離光學成像。

    2000萬公里、5000萬公里、6100萬公里……嫦娥二號屢破紀錄。與此同時，來自探測器的下行信號也越來越弱。在2014年，探測器下行信號逐漸消失。中國深空測控網“初出茅廬”，測控距離就已刷新至1億公里。

    2013年12月，佳木斯、喀什深空測控站兩套全新打造的深空測控天線，正式作為參試設備參加嫦娥三號任務，完成了探測器地月轉移、環月、動力下降、月面工作段的各項測控任務。受月面復雜環境影響，第二次休眠前，“玉兔號”月球車機構控制出現異常。經過佳木斯深空測控站兩天兩夜的“呼喚”，終于在2014年2月12日夜裏，“玉兔”被成功“喚醒”，中國深空測控能力再次得到檢驗。

    我國深空測控網的設計性能指標上限是4億公里，這樣的距離已經完全滿足火星探測的需要。

    然而，中國“牧星人”的志向何止4億公里。2015年7月，在“新視野號”探測器飛掠冥王星進行科學觀測時，佳木斯深空測控站成功捕獲探測器信號，最遠跟蹤距離達到47.6億公里。2017年9月，我國深空測控網首次實現了對“卡西尼號”探測器墜毀土星全過程的跟蹤測量，為我國實施後續的更遙遠的自主深空探測任務，積累了寶貴技術與經驗。

    2018年，我國相繼發射“鵲橋”中繼星與嫦娥四號探測器，並于2019年初實現了人類探測器首次月球背面軟著陸。剛剛投入使用的海外深空測控站，與國內兩大深空測控站完成組網，中國深空測控網實現首次全網執行測控任務。其全網協同工作、穩定可靠運作、多頻段與多目標聯合測控等能力，在此次任務中經受住了全面檢驗。

    今年7月23日，“天問一號”在文昌航太發射場發射成功。器箭分離10分鐘後，探測器接收到了來自海外深空測控站的第一聲問候。近9個小時後，位于喀什、佳木斯的深空測控站也相繼捕獲目標。在後續全任務階段中，中國深空測控網將持續接收、記錄探測器遙測、數傳數據，並實施測軌和上行遙控以及干涉測量原始數據的採集記錄與傳輸。

    此刻，“天問一號”正向著火星的方向疾速飛去，中國深空測控網也將時刻陪伴“天問一號”走好每一步，走好中國行星探測每一步。

    前途

    除去正在“奔火”途中的“天問一號”和正在開展科學探測活動的嫦娥四號，我國還將陸續實施中國探月工程四期任務及後續各項深空探測任務。

    隨著中國人邁向深空的腳步越走越遠，中國深空測控網的規模和性能也將持續升級，以適應未來深空測控任務中更復雜的測控體制、更遙遠的通信距離、更高的深空導航精度等諸多全新挑戰。

    今年年底前，我國首個深空天線組陣係統將在喀什深空測控站正式投入使用，並應用于“天問一號”任務中。

    在後續深空測控任務中，我們要具備一雙“好耳朵”——用于接收遙遠距離外的微弱信號，更要具備一個“大嗓門”——通過研制大功率發射機，實現高速數據的可靠注入，進一步提升深空測控網的上行指令發送能力。

    除此之外，我國深空測控網，在未來還可用于高精度時空基準測量、天體引力場測量以及射電天文觀測等，為科學探測和時空基準測量提供有力支撐。（呂炳宏 何耀 武勇江 記者 安普忠）

【糾錯】

責任編輯： 韓松豫