国家航天局探月与航天工程中心近日发布,9月下旬开始,天问一号探测器进入日凌阶段。期间,探测器将与地面“失联”,“祝融号”火星车、火星环绕器等火星探测器都已集中“失联”,这个现象要持续大约一个月。
大约要到10中旬后才会与地面恢复通信,也就是说近一个月的时间里,火星车、绕环器的“信号”受到了干扰,才导致地球无法正常接收到与火星之间的任何信号,为什么天问一号日凌会切断了地球与火星之间的通信呢?
前面也讲到过,日凌现象会影响地球于火星之间的通讯问题,当然这一现象并不是中国的“天问一号”遇到的,美国的“毅力号”、阿联酋的“希望号”以及其他国家的航天器都曾遇到过这样通讯中断的情况,这是没有办法避免的现象。而且持续的时间一般都不短,日凌现象结束后就通讯就会恢复正常。
实际上,干扰地球与火星之间通信的是一种叫作“日凌”的天文现象,而受影响的不仅是中国的“天文一号”,NASA的“毅力号”、阿联酋的“希望号”以及欧洲、印度等多个国家和地区的火星探测器也都无一幸免遭到“日凌”的影响而出现通信中断,只有等到“日凌”现象结束后才能恢复通信。
日凌,太阳发出的强大的电磁辐射,是一种正常的自然现象。每年春分和秋分前后,太阳穿过赤道,这段时间太阳位于地球赤道上空。由于通讯卫星多定点在赤道上空运行,在这期间,如果太阳、通信卫星和地面卫星接收天线恰巧又在一条直线上,那么太阳强大的电磁辐射会对卫星下行信号造成强烈的干扰,这种现象称为日凌,就是太阳侵犯、干扰之意,这是一种正常的自然现象。
2021年2月25日至3月17日,用于中国广播电视节目传输的卫星进入日凌期,卫星广播电视节目接收受到日凌影响。这就是最常见的日凌干扰现象!
当然为了达到最大的无线电波接收性能指标,而发射功率又不能无限地增强,尤其是在探测器载荷有限的情况下,因此就需要通过增加地面接收天线的口径来“弥补”,为此我国还在天津武清建造了70米口径全可动天线,与密云站GRAS-1(50米口径)、GRAS-3(40米口径)以及昆明站GRAS-2(40米口径)等天线组成联合体进行“观测”。
每年春分、秋分时,地球、卫星、太阳在同一条直线上,当卫星在地球与太阳之间,地球在接收卫星信号时,强大的太阳辐射会使通信短暂中断十分钟左右,这种自然现象叫做日凌中断。这种中断每年会发生两次,每次持续约十几天。
而地球与火星虽然属于“近邻”,最近的时候距离约为5500万公里,但是由于火星处于地球公转轨道外侧,其公转周期是686.971天,比地球“长”1.882倍,因此地球与火星之间既存在最近的距离,也存在最远的距离,这个最远的距离大约为3.95亿公里,也就是地球与火星处于太阳的“同侧”火星、地球、太阳处于一条直线上时距离最近,经过科学家计算地球到火星最近时的会合周期是779.87天,也就是“火星探测窗口”每26个月出现一次,而当地球与火星分别位于太阳“两侧”地球、太阳、火星处于一条直线上时距离最远。
日凌中断现象是一种客观现象,可以通过设计通信频率减小日凌中断的影响,但是不能完全消除。“日凌”会影响到卫星电视信号的接收情况,会出现画面不清晰,有雪花等现象,但是不会损坏电视机。但是“日凌”对日常使用的手机信号不会造成影响。但是不同卫星、不同地域受干扰的时间也会不同。纬度越高影响越早,不过结束也早;纬度靠南的地区则相反。
地球自转的轨道与太阳成23.5度的倾斜角,因此每年太阳会在3月21日(春分)及9月23日(秋分)时经过地球赤道上空。地球同步轨道通信卫星位于离地球赤道上空约36000公里的轨道位置上,与地球保持同步转动。因此,每年春分和秋分前后,在卫星地球站所在地的每天中午时分,卫星将处在太阳与地球之间的直线上。这时卫星地球站天线在对准卫星的同时也对准太阳,使太阳产生的强大的电磁波直接投射在地球站天线上。由于太阳产生的电磁波频谱很宽,因此,对地球站来说,该电磁波是一个巨大的噪声源,对其所接受的卫星信号造成干扰从而使接收链路严重恶化甚至中断,这种现象即称为卫星通信的“日凌现象”。
所以当地球与火星分别位于太阳两侧时,由于太阳体积巨大且又无时无刻不再发出强大的电磁波,因此在太阳的“干扰”下,地面(地球)与火星天探测器(火星)之间通信就会几乎完全被太阳发出的强大电磁波所淹没,因此测控信号显示屏上显示的是“毫无意义”的高频“噪声波形”。
当然,日凌中断通信的条件是地球上的地面站与卫星、太阳处于同一直线上,由于地球、卫星、太阳三者的运动,处于同一直线上的时间毕竟很短,又由于经度的不同,各地每次出现“日凌中断通信”的时间也不尽相同。但正是由于它的存在我们的科学家就需要提前布置避开这个“坑”,尤其是无法提供“中继服务”的时候,就更需要探测器具备“自主管理策略”,这也算是“上有日凌,下有对策”。
中国的航天科技完全是自己的发展模式,依靠自己的探索走出了一片天地。据相关的报道,在全球范围之中,我国的“天问一号”实现了6个首次,特别是首次成功实现了通过一次任务完成火星环绕、着陆和巡视三大目标,标志着我国的行星探测领域已经跨入世界先进行列。
在科学界,是这样来表述“日凌”的,就犹如航天器来“例假”了,太空上的卫星都会遇到这样的囧况,地面的接收设备常见的有黑屏、雪花、马赛克、测控信号显示屏上显示异常等,严重地就是通信中断而出现“失联”的情况。“天问一号”经历首次“日凌”,它要如何应对呢?
在“日凌”地在这个过程中,天问一号探测器、环绕器、火星车,基本都处于安全模式,等待通信能够完全恢复之后就能进行下一步工作。因此,在这一个多月的时间里,天问一号探测器主要靠自己。
在“日凌”前,航天器要调整姿态,启用“自主管理策略”以便获得稳定的太阳能并保持对地面的通信指向,如果有异常出现就需要进行自主诊断处理,以此来确保探测器的安全;位于火星上的火星车也需要调整周期模板,以便匹配日凌后的测控弧段,保证设备的安全!
进入“日凌期”,航天器还是在工作的,也会一直工作,信号也能正常收发,但是这个信号地面却是收不到的。但是,地面为了确保航天器的安全,只接收信号不发送信号,这就是在“日凌期”内,避免接收一些毫无意义的噪声波的原因。同时还要始终保持对探测器进行遥控指挥,以便于“日凌”结束后能第一时间恢复通讯