4億公里外的國際范“握手”
10月27日，歐洲航太局空間業務中心在社交媒體上宣佈，歐空局“火星快車”探測器與中國“祝融號”火星車將在11月進行5次通信測試，並向地球傳回數據。這是歐空局十年來首次在火星軌道實際測試“火星快車”的數據盲接收能力。
此次太空“握手”前，西安分院UHF頻段通信子系統研製團隊同總體單位及歐空局“火星快車”研製團隊進行了充分溝通，並多次召開視頻會議進行技術細節的討論。
除此之外，西安分院研製團隊密切配合總體單位編寫了在軌測試大綱和測試細則，並仔細核實在軌上注指令，確保“祝融號”火星車在通信弧段開始前將各項參數配置至相應狀態。在約定時刻，由“祝融號”向“火星快車”發送數據，通信距離約4000千米，通信時長10分鐘。“火星快車”接收數據後轉發給歐空局所屬深空測控站，測控站接收後發送給歐洲空間操作中心（ESOC），ESOC再轉發至北京航太飛行控制中心，由中方技術團隊解譯後，判讀數據的正確性。
受重量和體積約束，火星車直接對地通信能力較弱，無法滿足大量數據傳輸需求。因此，需要將數據發送給距離較近的火星軌道器，然後由通信能力更強的軌道器轉發給地面接收系統，這個過程稱作中繼通信。
一般情況下，在建立中繼通信前，軌道器會先向火星車發送一個“發起”信號，隨後火星車回復“確認”信號，然後雙方建立穩定的雙向中繼通信鏈路，就像朋友打電話需先撥通電話一樣。由於“火星快車”發射頻率與“祝融號”接收頻率不匹配，不能通過“撥通電話”的方式建立通信鏈路。
“祝融號”發射頻率與“火星快車”接收頻率匹配，因此雙方需要事先約定好通信時間，由“祝融號”直接發送數據，“火星快車”進行“盲收”，類似于微信的通信方式。
根據數據判讀分析結果，雙方任務團隊確認“祝融號”和“火星快車”配置的中繼通信設備介面匹配，符合國際標準，傳輸數據內容完整正確，試驗取得成功。
UHF頻段通信子系統 整合設計 輕量又智慧
西安分院研製的UHF頻段通信子系統由中繼天線、穿艙電纜和收發信機組成。大家可能好奇，“祝融號”火星車與“火星快車”環繞器作為兩個不同國家的火星探測器，他們發出的信號是如何進行自主通信的呢？
西安分院天問一號測控數傳分系統副主任設計師田嘉為我們解答了這一疑惑。原來，這次對接得以成功是依靠兩個探測器均採用國際通用協議。通過這項協議可實現在臨近空間範圍內的全自主、高可靠、高效率及自適應的智慧化資訊傳輸。
這個協議看上去或許有些複雜難懂，其實可以將它理解為可以進行國際間通信的通用標準。這就如同中國的5G手機走到國外依然能接收不同國家的5G信號一樣，“祝融號”火星車發出的信號“火星快車”環繞器依舊可以接收使用。
為了完成這一具有高複雜度的協議，西安分院UHF頻段通信子系統研製團隊不斷地對協議設計方案進行優化迭代，依次突破了全自主、高可靠、高吞吐率協議整合等多項關鍵技術，並採用架構統型的思想對協議進行了高效的整合。
除此之外，火星探測任務對輕小型化有著極為嚴苛的要求。西安分院研製的UHF頻段通信子系統顛覆了傳統的以功能維度為單機分類的設計方法，而是基於統一物理架構，將電源、數字處理、收發通道、頻綜、固態功率放大器和微波無源網路進行高整合化設計，並通過多種設計方法共同實現了系統級與單機級的極限優化。
早在今年6月，西安分院為天問一號火星探測器配套的UHF頻段通信子系統，依次將著陸巡視器進入、下降和著陸過程中各分系統的數據、“祝融號”第一幀遙測數據、第一幅圖像、第一段視頻及後續海量探測數據回傳至環繞器，為我國首次火星探測任務圓滿成功作出了重要貢獻。
本次對接任務圓滿成功為我國開展火星探測國際合作成功邁出了第一步。後續，西安分院UHF頻段通信子系統研製團隊將繼續與總體單位及歐空局密切配合，共用航太技術，促進全球科技的合作與發展。（田嘉 王希曦）
