天问一号被火星捕获，上海天文台牵头的“超级望远镜”测量精度达0.1纳秒

玉雪哀

解放日报上观新闻报道：2021 年 2 月 10 日晚间，" 天问一号 " 探测器实施近火制动（俗称 " 刹车 " 减速），被火星捕获，进入火星轨道，开启环绕火星之旅。
自 2020 年 7 月 23 日我国首次火星探测任务 " 天问一号 " 成功发射后，由中科院上海天文台牵头的甚长基线干涉测量（VLBI）测轨分系统就参与了对 " 天问一号 " 的测定轨工作。截至目前，VLBI 分系统共进行了106 次观测，测量精度达到0.1 纳秒，时延率（指时延随着时间的变化）的测量误差不超过每秒 0.3 皮秒，均远优于技术指标要求，达到国际先进水平。既满足了火星探测器测定轨需求，又为后续的火星采样返回、木星探测、小行星探测 VLBI 测定轨打下了良好基础。
【" 这就像放风筝，既要知道距离，更要知道它在哪个方向 "】
VLBI 测轨分系统以上海天文台为牵头总体单位，由国家天文台密云站、上海天文台天马站、云南天文台昆明站和新疆天文台乌鲁木齐站以及位于上海天文台的 VLBI 数据处理中心组成，之前已成功用于月球探测器实时高精度测定轨。这 4 个观测台站的望远镜联网后，分辨率相当于一个口径 3000 多千米的 " 超级望远镜 "。


上海天文台 VLBI 深空探测指挥控制中心
" 这就像放风筝，既要知道距离，更要知道它在哪个方向，需要在最短时间内测量到天问一号的位置变化。" 中科院上海天文台研究员洪晓瑜说。
" 天问一号 " 进入近火制动段时，地火距离一般达到 1.9 亿千米，信号的衰减剧烈。同样一个信号从月球和火星发出，在地球接收到的信号强度相差约 25 万倍。为捕捉更精准的信号，每隔几分钟，VLBI 测轨分系统就会以银河系外的射电源为参照物，来探知天问一号的准确位置。
距离如此遥远，提高 VLBI 时延测量精度，成为提高测定轨精度的关键。为满足 " 天问一号 " 的测定轨要求，VLBI 分系统团队完成了 40 多台套的软件和硬件的研发、测试和现场安装；持续开展了火星探测 VLBI 高精度测定轨技术研究和测试验证，大幅提高了 VLBI 的测量精度及执行任务的能力。
【基本不受 " 希望 " 号和 " 毅力 " 号信号影响】
相较于对 " 嫦娥五号 " 的实时高精度测定轨，" 天问一号 "VLBI 测定轨有何不同？
" 尽管距离更远，与天问一号的沟通存在一定的滞后，但事实上，由于 VLBI 时延测量精度提高了，对天问一号的测角精度相比探月时大幅提高。"中科院上海天文台研究员刘庆会说。
阿拉伯联合酋长国当地时间 2021 年 2 月 9 日宣布，该国首个火星探测器 " 希望 " 号成功进入火星轨道。与此同时，美国 " 毅力 " 号火星探测器也正在路上。这么多探测器，是否会干扰 " 天问一号 " 的信号？
" 相较而言，天问一号发出的信号还是比较强的，基本不受影响。此外，接收信号的带宽可调节 , 并通过数据处理等手段，避免其它探测器发出的信号进入我们的接收频段。" 刘庆会说。
据介绍，近火捕获完成后，VLBI 测轨分系统将继续参加 " 天问一号 " 停泊段、离轨着陆段和科学探测段等观测，并对火星车进行定位。
栏目主编：黄海华 本文作者：黄海华 文字编辑：黄海华 题图来源：新华社 图片编辑：笪曦
文中图片由上海天文台提供