即將迎來日凌挑戰(zhàn)，與地球失聯(lián)

　　祝融號如何平安度過悠長“假期”

　　太陽不僅是一個(gè)巨大的“火球”，也是一臺巨大的噪聲制造機(jī)。當(dāng)有天體運(yùn)行至與太陽、地球同一直線時(shí)，太陽發(fā)出的強(qiáng)大電磁波便會(huì)將天體發(fā)出的無線電信號淹沒，使得地球無法與其進(jìn)行準(zhǔn)確通信，從而造成暫時(shí)性失聯(lián)。

　　剛剛慶祝完祝融號登陸火星百日，9月它就要失聯(lián)了？這則看起來有些聳人聽聞的消息，實(shí)則確有其事。大約自9月中下旬開始，包括祝融號、“好奇”號、“毅力”號等在內(nèi)的眾多火星探測器都將陸續(xù)與地球失聯(lián)。

　　但出現(xiàn)問題的并非是探測器，而是火星即將和地球玩起“捉迷藏”的游戲——它將躲在太陽身后一個(gè)多月，對地球避而不見。當(dāng)然，大家大可不必為此擔(dān)心，科學(xué)家對此早有準(zhǔn)備。

　　失聯(lián)的“禍?zhǔn)?rdquo;是日凌

　　在科幻小說《三體》的開篇中有這樣一個(gè)情節(jié)，主人公葉文潔將太陽當(dāng)作巨型無線電信號放大器，把地球信號傳向了宇宙深處，最終引來了“三體人”。雖然只是科幻故事，但太陽的確每時(shí)每刻都在發(fā)射電磁波，傳輸著“信號”。

　　太陽不僅是一個(gè)巨大的“火球”，也是一臺巨大的噪聲制造機(jī)。它發(fā)出的電磁波涵蓋范圍廣，從短波的γ射線、X射線波段，到長波的無線電波段，太陽都兼容并包。因此，當(dāng)有天體運(yùn)行至與太陽、地球同一直線時(shí)，這種情況通常被稱為日凌。此時(shí)，太陽發(fā)出的強(qiáng)大電磁波便會(huì)將天體發(fā)出的無線電信號淹沒，使得地球無法與其進(jìn)行準(zhǔn)確通信，從而造成暫時(shí)性失聯(lián)。

　　此次導(dǎo)致祝融號以及環(huán)繞器失聯(lián)的原因便是如此。以太陽為中心，地球公轉(zhuǎn)軌道在內(nèi)，火星公轉(zhuǎn)軌道在外，形成兩個(gè)同心圓。而火星公轉(zhuǎn)周期與地球不同，約為687天，因此每隔一段時(shí)間，太陽、地球、火星三者便會(huì)運(yùn)行至同一條直線。尤其是當(dāng)火星運(yùn)行至太陽身后，與地球分置于太陽兩側(cè)時(shí)，便會(huì)造成顯著的日凌影響。

　　天問一號探測器系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師孫澤洲解釋道，太陽自身龐大的體積不僅會(huì)遮擋火星探測器發(fā)出的信號，其產(chǎn)生的強(qiáng)烈電磁干擾也會(huì)使得地球無法在龐雜的背景噪音中準(zhǔn)確分辨出火星探測器的信號，從而造成信號接收困難。同時(shí)，地球上傳至火星的信號也會(huì)被太陽電磁波所覆蓋，無法準(zhǔn)確到達(dá)，致使兩者之間的有效通信被迫中斷。“上行無法進(jìn)行控制，下行數(shù)據(jù)也很難有效接收。”孫澤洲還補(bǔ)充道，此時(shí)恰巧火星與地球之間距離也達(dá)到了最遠(yuǎn)的3.95億公里。

　　日凌不僅會(huì)對火星探測器造成影響，其對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懸矔r(shí)有發(fā)生。每年春分、秋分時(shí)節(jié)，太陽直射赤道，而靜止軌道衛(wèi)星也多運(yùn)行在赤道上空。此時(shí)，太陽、衛(wèi)星、地球形成一條直線，太陽所發(fā)出的電磁波干擾便會(huì)影響地球?qū)πl(wèi)星信號的接收。例如每年春分、秋分前后，世界各地時(shí)常會(huì)出現(xiàn)電視轉(zhuǎn)播信號不穩(wěn)定、電視畫面出現(xiàn)“雪花”的現(xiàn)象。今年2月，國家廣播電視總局便發(fā)布了2021年全國主要城市春季衛(wèi)星日凌時(shí)間預(yù)告，稱在2月25日至3月17日期間，用于我國廣播電視節(jié)目傳輸?shù)闹行?A、亞太5C等衛(wèi)星進(jìn)入日凌期，影響包括北京、上海、杭州在內(nèi)的多座城市電視信號的接收，持續(xù)時(shí)間從幾分鐘至十幾分鐘不等。

　　給祝融號放個(gè)“長假”

　　日凌導(dǎo)致火星探測器失聯(lián)，雖然聽起來可怕，但祝融號及其環(huán)繞器早已做好充分準(zhǔn)備。

　　孫澤洲介紹，在日凌期間，祝融號火星車與環(huán)繞器將暫停所有科學(xué)活動(dòng)，轉(zhuǎn)入安全模式，靜靜等待日凌過去。但他強(qiáng)調(diào)，安全模式并不意味著完全停止工作。人睡著后，雖然停止了活動(dòng)，但仍然需要維持身體各項(xiàng)機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。火星車與環(huán)繞器也是如此，如環(huán)繞器需要依靠自主控制保持自身的飛行狀態(tài)，祝融號火星車也要持續(xù)獲取能量和進(jìn)行溫度控制等，以保證在日凌結(jié)束后能夠迅速恢復(fù)工作狀態(tài)。“這個(gè)過程中對于探測器自主性的要求可能會(huì)很高，因?yàn)樵谝粋€(gè)月甚至更長一點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)，需要它們完全自主運(yùn)行。”孫澤洲說，“我還是比較放心的，相信兩器可以平穩(wěn)度過日凌。”

　　這種自信很大程度上來源于在過去的一百余天內(nèi)，祝融號及其環(huán)繞器優(yōu)異的工作狀態(tài)。“過去的這段時(shí)間里，我們已經(jīng)對兩器各個(gè)系統(tǒng)硬件、軟件的運(yùn)行狀態(tài)有了一個(gè)全面確認(rèn)，心里有底。”孫澤洲還提道，在日凌期間，兩器自身的工作內(nèi)容會(huì)較往常開展科學(xué)活動(dòng)時(shí)更為簡單，有助于其在長時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，“這實(shí)際上是處于一種靜止等待狀態(tài)”。

　　支撐這種信心的另一方面原因，是完備的前期準(zhǔn)備工作。北京航天飛行控制中心責(zé)任總師崔曉峰提道，通過對火星公轉(zhuǎn)周期、公轉(zhuǎn)軌道等數(shù)據(jù)的精確計(jì)算，早在研制階段，相關(guān)團(tuán)隊(duì)便已準(zhǔn)確預(yù)報(bào)了此次日凌的發(fā)生時(shí)間，并進(jìn)行了相應(yīng)準(zhǔn)備。例如，除提前設(shè)置好相關(guān)程序外，在進(jìn)入安全模式后，祝融號及環(huán)繞器還將定期進(jìn)行自我“體檢”，即故障自主檢測，發(fā)現(xiàn)問題后還可進(jìn)行故障處理、故障重構(gòu)等，以保證自身狀態(tài)平穩(wěn)。“針對自主運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的一些問題，我們都進(jìn)行了提前設(shè)計(jì)，并且在地面進(jìn)行過多次測試，基本不用擔(dān)心。”此外，崔曉峰也提道，失聯(lián)并非完全沒有信號，“三者完全在一條直線上時(shí)，可能就沒信號。但如果不是完全的一條直線，可能會(huì)斷斷續(xù)續(xù)有一點(diǎn)信號，我們也會(huì)利用非常稀有的信號對兩器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。”

　　無論面臨什么情況，祝融號與環(huán)繞器都已做好充分準(zhǔn)備。等待日凌“長假”結(jié)束后，它們也將開啟新的火星探測階段。

　　中繼衛(wèi)星或可“破解”日凌困擾

　　日凌可以說是航天活動(dòng)中的“常客”。除了此前提到的對赤道上空地球靜止軌道衛(wèi)星造成的影響外，載人航天、探月工程等航天活動(dòng)也多次受到日凌影響。如2007年11月，嫦娥一號進(jìn)行繞月探測時(shí)，便曾遭遇過短暫的日凌干擾。但憑借青島地面測控站18米口徑的巨大天線，地面控制中心成功在日凌期間對嫦娥一號實(shí)施了全程監(jiān)測，沒有發(fā)生丟幀與亂碼等情況。

　　但與鄰近的月球相比，當(dāng)遠(yuǎn)在3.95億公里外的火星遭遇日凌時(shí)，現(xiàn)有通信手段所能起到的作用微乎其微。崔曉峰也指出：“這次日凌是我國歷次航天活動(dòng)中遭遇的時(shí)間較長的一次，時(shí)間越長，潛在影響就越大。”

　　未來深空探測的距離將越來越遠(yuǎn)，日凌真的無解嗎？中繼衛(wèi)星或許是一個(gè)可供參考的選項(xiàng)。日凌對航天器通信造成影響的根本原因在于，當(dāng)太陽、航天器、地球三者幾乎完全處于同一條直線時(shí)，航天器與地球間的通訊信號無法躲開太陽的電磁干擾而到達(dá)彼此，但中繼衛(wèi)星或許可以解決這個(gè)問題。將其部署在遠(yuǎn)離太陽電磁輻射的位置，充當(dāng)航天器與地球之間的“信使”，便可以使信號繞過太陽抵達(dá)對方。

　　類似的設(shè)想其實(shí)早在嫦娥四號登陸月背時(shí)便已實(shí)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)為了解決嫦娥四號在月球背面無法與地球通信的問題，我國提前發(fā)射了鵲橋中繼星至拉格朗日L2點(diǎn)——在月背和地球都可以看得到的位置，充當(dāng)?shù)卦麻g的“傳聲筒”，使得嫦娥四號可以與地球進(jìn)行間接通信。而此次天問一號火星探測任務(wù)中的環(huán)繞器，也同樣擔(dān)負(fù)了數(shù)據(jù)中繼的任務(wù)，但由于環(huán)繞器仍屬于繞火飛行，因此同樣無法避免日凌影響。

　　隨著未來深空探測走向更遠(yuǎn)更深，中繼衛(wèi)星或許有可能成為有效避免日凌影響的重要工具。但崔曉峰也認(rèn)為，在目前階段日凌所造成的影響完全可控，“只要做到精確預(yù)測、周密準(zhǔn)備、精準(zhǔn)實(shí)施，完全不用過分擔(dān)心日凌的影響”。（實(shí)習(xí)記者 都 芃）