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5月15日，经过近10趟，“日问号”终于成功登陆。“天堂问号”安全穿越“千里”，众多“幕后英雄”一直为其护航。
超高频带双向通信链路:让天问一号有“眼睛”和“耳朵”
航天科技集团五院保密分院建立了地球与着陆巡视器、环绕器、“朱荣”卫星之间的信息传输链路，成为田文一号的“眼睛”和“耳朵”。
天空问号的火星探测器由环绕器和着陆巡视器组成，朱荣放置在着陆巡视器的入口舱。当星探测器进入“下降”阶段时，环绕装置将与登陆巡逻机分离，登陆巡逻机单独下降。此时如果想知道降落过程中着陆巡视的遥测数据，需要依靠进入舱与环绕体之间的UHF频段双向通信链路。安分公司入舱超高频频段收发负责人贾说:“现阶段的数据是‘着陆’过程中的关键遥测数据，便于判断着陆过程中各子系统的运行状态。由于‘落’与‘落’的距离离地球更远，星表环境比球面环境更复杂、难度更大，因此星敏感器在进入、下降、着陆过程中的遥测是关键。”
安分公司研制的数据传输子系统包括超高频带收发机、X波段深空应答机等关键设备，是天问探测器的关键子系统之一。安装在轨道器上的X波段deep 空应答机建立了轨道器与地面的通信链路，而安装在着陆巡视器入口舱的UHF收发机是轨道器与轨道器通信的关键。安装在朱荣卫星上的超高频收发机和X波段deep 空应答机已经与轨道器建立了中继通信和地面通信。这些通信链路共同构成了地球与恒星之间的个体通信网络，使环绕器在环绕过程中始终保持与地面的测控通信，并在着陆巡视下降着陆到达星表后与环绕器进行中继通信和与地面的测控通信。“天空问号”上的测控通信子系统始终保证了本地操作人员全程掌握探测器，也保证了探测器内部各部件协同执行不同的任务。
在进入舱内并将着陆时的遥测数据发送到环绕装置后，需要通过环绕装置与地面监控站之间建立的X波段双向通信链路将数据回传。同时，地面也通过包装器将遥控数据送入舱内。安分公司为“天空问号”卫星探测器开发的测控数据传输子系统，保证了整个“坠落”过程中信息的连续在线传输。
卫星探测器测控数据传输子系统从启动到任务完成，需要根据距离切换不同的模式，实现不同的功能。同时，加上空的恶劣环境和航天系统间协同的考虑，测控数据传输产品的指标极其苛刻，需要克服空之间的损耗等困难。
在测控和数据传输的具体任务中，登陆巡逻需要经历进入、下降、登陆的过程。根据总体要求，测控数据传输子系统需要减重，因此需要尽可能将产品在卫星探测器上进行建模和集成。过去每个子系统都是由几台单机组成，体积庞大，对于deep 空探测任务来说很难实现。为了解决这个问题，安分公司的研究团队开发了一款功能类似于子系统的超高频收发器，压缩平台重约2平方米，单机大小。该单机集成了数字处理、电源、通道、固定放大器、双器件和开关等。在子系统开发的过程中，开发团队经历了不断的沟通、讨论、模拟和演示，单机也是由好变好。最后，与典型产品相比，集成减重60%，完成了子系统功能的单机集成。
特别“指控”:确保天问一号不被“冻伤”或“烫伤”
天问一号在外面戴着一个银色的“炸药包”。这个“电荷”的响应轨道主要由三段组成:地球转移轨道、恒星捕获轨道和恒星停放轨道，即从天空问号离开地球的时刻到进入太台空并逐渐驶到恒星的时刻的旅程。说到银色问号，光滑闪亮，看起来很时尚。其实这个是航天科技集团五院529两年精心研制的。它的成功发展包含了多项关键技术，这只能意味着在这种“冲锋”的保护下，乘风破浪更安全、更舒适。
天空问号在靠近恒星的飞行轨道上需要经历多次温度循环变化，最高温度为100℃，最低温度为-120℃。这样的温差超过200度的环境，对天问内部设备的正常运行影响很大。真实空的环境使得天空问号在太阳的持续照射下无法像机器一样通过热对流或热传导来传递热量，太阳表面的温度会持续升高，导致天空问号与背照太阳之间产生巨大的温差。这种情况下，登陆巡逻的内部温度会严重失衡，天空问号中的“五大内脏”有的会处于寒冷的环境中，有的则会处于温暖的环境中，更不用说紫外线和电离辐射对其外观的持续伤害在空之间。
因此，对问号佩戴特殊的“电荷”就显得尤为必要。这种低吸收、低发射的“电荷”热控涂层，是一种涂覆在航天器外表面的热控材料，通过其太阳光谱照射的反射能量及其红外辐射特性，可以有效降低空之间的环境对航天器内部的温度影响。当然，这种“电荷”还得时不时抵御紫外线照射、生氧轰击以及各种高能粒子和电离辐射的攻击，整个位置成为航天器的外部防护屏障，可谓“天道问号”旅途中的全效防护服。
这种“电荷”是中国热控涂层领域从未见过的类型。这种低吸收、低排放的热控涂层以前从未使用过。为了研制出这种“炸药包”，R&D团队首先根据总体热控设计者对天空问号在轨全过程的外部热流特征，确定了热控涂层低吸收、低排放两项关键技术指标，然后基于这两项技术指标，开展了涂层设计、模拟、制备、测试和实施等一系列R&D工作。在反复试验过程中，R&D团队不畏攻击过程中的困难，最终成功突破多项关键技术，用于研制低吸收、低排放涂料
这种“电荷”可以通过极低的太阳吸收率有效反射太阳辐射的大部分能量，从而有效解决天空双冰问号的问题。不同的是，新的“电荷”不仅吸收低，而且发射也低，这与其他通过发射率向外散热的热控涂层不同。这样设计的原因是天空问号的整体行程处于空之间的极寒环境中，机体内部发动机产生的热量总会被消耗到外界。10倍内，外界寒冷环境下的油耗极高，天空问号的重量会随着储备燃料过多而增加。因此，通过降低热控涂层的红外发射率，减少真实空环境下座舱向外的辐射热泄漏，R&D人员成功实现了着陆巡视内部设备正常运行的温度保障，确保了登陆火星后天空问号不会被“冻伤”或“烫伤”。
火星降落伞:200米巨型降落伞的10000次测试确保了田文一号的顺利着陆
田文一号着陆时使用的降落伞长度可达34米，面积200平方米。也是登陆火星过程中最重要的减速装置之一。由于火星大气稀薄，进入火星大气层后，田文一号通过其空气动力学形状减速，但速度仍可达到2马赫，是音速的两倍多。
航天科技集团508所总工程师、回收着陆领域专家黄伟表示，降落伞减速后，可以为后面减速发动机的减速创造条件。只有降落伞工作正常，后方动力减速段，包括后方着陆缓冲段才能正常工作。其指数已从2马赫降至95米/秒。有了这样的放缓，天问一号不会“粉身碎骨”。
除了降落伞，配套的伞筒是决定降落伞能否顺利打开的关键。火星伞筒是我国研制的最大的伞筒，需要容纳体积60升、重量40公斤的降落伞，比普通伞筒要大得多。“因为降落伞占地200平方米，所以应该安装在降落伞筒内。开伞时要依靠伞筒的工作，一次推出整个伞包并推出，保证足够的分离速度。降落伞桶装有火药。工作过程中，通过火药燃烧产生的高温气体，以35 m/s的速度弹射降落伞，帮助降落伞成功打开，帮助着陆巡逻队减速。”黄伟说，利用降落伞减缓航天器着陆是一种常见的做法，但与中国此前的航天器相比，田文一号面临的环境更加复杂和恶劣，这对降落伞提出了更高的要求。
黄伟说，这种伞叫之字形带伞，以前没有用于深空探测。如果平开，有点像大盘片。这个盘下面是一个空，就像一个缺口。中间有一圈接缝，底部有一圈这种密集的布料，有点像腰带，但是一圈腰带比较窄，所以我们称之为盘带。由于带的下侧做成类似锯齿的数字，可以提高开伞的受力，整体称为锯齿形开槽带伞。
火星降落伞的材质也不一样。神舟飞船、嫦娥五号、返回式卫星等航天器上使用的降落伞一般都是用锦缎丝制作的。这种材料的优点是重量轻、强度高，但面对更恶劣的火星环境，降落伞在选材上进行了升级。部分局部加强环节采用新型芳纶材料，强度较之前有所提高。为了提高火星降落伞的强度和可靠性，研究人员进行了数万次试验，除了升级材料外，加工环节也进行了改进。“在这个地方，这种缝纫被用来连接伞绳和伞衣。后来产品改进了，不用缝了。采用这种穿通后插入的方式，减少了缝纫环节，提高了连接强度。此外，508研发的四个摄像头在落地“天空问号”的过程中，也起到了重要的记录功能。其中，两个开伞监控摄像头在开伞前开始工作，记录并验证降落伞完美绽放的瞬间。
黄伟说，田文一号的成功发射充分验证了火星降落伞的可行性，未来将用于其他上升空探测器的降落伞。
广州日报新华城记者:肖欢欢通讯员蔡、、张
广州日报新华城编辑:蔡
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