天问二号任务无线电深空探测十年“追星”

在无垠的苍穹之下，人类对宇宙星辰的向往，恰似永不熄灭的火焰，照亮了一代又一代人探索未知的征途。2025 年 5 月 29 日 1 时 31 分，西昌卫星发射中心，随着一声惊天动地的轰鸣，长征三号乙 Y110 运载火箭如同一头挣脱束缚的巨龙，托举着天问二号探测器直刺云霄（见图 1）。这一刻，无数双眼睛紧紧凝视，心潮随着火箭的升腾而澎湃，因为天问二号开启的，不仅是一次普通的航天发射，而是我国首次对地外小天体的“双目标探测”伟大征程，这标志着我国深空探测正式迈向一个全新的阶段。

天问二号肩负着前所未有的重任，它将历经近 10 年的漫长岁月，跨越亿万千米的遥远距离，先对小行星2016 HO3 进行伴飞、取样并返回地球，而后奔赴主带彗星 311P 开展科学探测。整个任务包含 13 个飞行阶段，每一步都充满了未知与挑战，其风险难度之大，位居世界前列。正是这样艰巨的任务，激发着无数航天人的热血与豪情。

2025 年 7 月 1 日，国家航天局发布行星探测工程天问二号探测器在轨获取的地月影像图。此次发布的影像图包括器地距离约 59 万千米时拍摄的地球影像图和器月距离约 59 万千米时拍摄的月球影像图，通过无线电深空探测网回传地面后，由科研人员经处理制作而成。

回首往昔，从人类第一次仰望星空，对浩瀚宇宙充满好奇开始，便踏上了这条永无止境的探索之路。如今，天问二号承载着全人类的期待，即将在宇宙深处书写属于中国航天的壮丽篇章。在这十年“追星”旅程中，无线电深空探测扮演着至关重要的角色，它如同一条无形却坚韧的纽带，连接着遥远太空中的天问二号与地球家园。那么，在未来的十年里，它将如何助力天问二号突破重重难关，实现那些看似遥不可及的目标呢？让我们一同走进天问二号任务无线电深空探测的十年“追星”传奇。

天地无线电“纽带”

深空探测网主要由分布在全球的多个深空站组成，这些深空站是实现对深空探测器测控和数据传输的关键。每个深空站都配备了大口径的抛物面天线、大功率发射机、极高灵敏度的接收系统、信号处理系统，以及高精度、高稳定度时间频率系统。这些设备使深空站能够与距离地球数百万千米甚至更远的探测器建立联系，完成对探测器的跟踪测量、监视控制和信息交换，天问二号任务示意如图 2 所示。

中国的深空探测网由喀什深空站、佳木斯深空站和阿根廷深空站组成，这 3 个深空站分别位于中国的西北部、东北部和南美洲阿根廷的西部。它们的布局确保了对深空探测器的全球覆盖，能够实现连续的测控支持。喀什深空站和佳木斯深空站的天线口径分别为 35m 和 66m，而阿根廷深空站的天线口径也是35m。这些大口径天线能够接收来自深空探测器的微弱信号，并向探测器发送指令和数据。

深空站的建设需要考虑诸多因素，如地理位置、电磁环境等。理想的深空站应建在电磁环境相对稳定的区域，以减少外界干扰对信号接收的影响。同时，站址的纬度也会影响其对不同轨道高度航天器的测控能力。通常，深空站的纬度选择在南北纬30°~ 40°，以获得较好的测控效果。

测控通信支持

在天问二号任务的各个阶段，深空探测网为探测器提供连续的测控通信支持。从发射阶段开始，深空站便实时跟踪探测器，确保其按照预定轨道飞行。在巡航阶段，深空探测网通过定期的测控通信，监测探测器的状态，及时调整其轨道和姿态，确保探测器能够顺利抵达小行星目标区域。

针对天问二号任务距离远、信号弱、时延高、频段高的特点，中国电科网络通信研究院科研团队采用多频波束波导测控天线多维场融合设计、馈源与接收机一体化制冷等技术，就好比给信号传输装上了“超级加速器”和“稳定器”，在星海间搭建起一条畅通无阻的“信息通道”，实现深空测控通信的稳定传输。

在小行星环绕、采样和转移阶段，深空探测网的作用更加关键。由于小行星的引力极小，探测器的轨道控制需要极高的精度。深空站通过高精度的测控通信，为探测器提供实时的位置和速度信息，指导其精确地实施轨道机动和采样操作。同时，深空探测网还负责接收探测器在小行星工作期间发送的数据，确保任务的科学目标得以实现。

数据接收与处理

在深邃浩瀚的宇宙探索中，深空测控任务就像一场漫长又复杂的“星际马拉松”。天问二号探测器在小行星探测过程中，会收集大量的科学数据，这些数据通过深空探测网的接收系统传输回地面控制中心。

深空通信的距离遥远，信号传输过程中会受到各种干扰和衰减，导致数据的接收质量受到影响。深空探测网采用了先进的数据接收和处理技术，如极高灵敏度接收机、自适应信号处理算法等，以提高数据的接收质量和可靠性。地面控制中心接收到数据后，还需要进行一系列的处理和分析，如数据解码、校正、融合等，以提取科学信息。

面对任务时间长、工作模式复杂、可靠性要求高等诸多挑战，科研团队做出新的技术探索。在喀什 4×35m 深空天线组阵系统中，技术人员采用全新的层次化软件监控架构，实现了“有人值守，无人操作”的运行模式，可以减轻操作人员的压力。系统配备健康管理设备，具备实时监测状态和诊断故障的能力，保证任务万无一失。

导航与定位保障

在跨越亿万千米的星际征途中，精准导航将决定深空科学探测任务的成败。中国科学院上海天文台（以下简称上海天文台）将高精度甚长基线干涉测量（VLBI）数据加入深空探测器测定轨过程后，可大幅度提高探测器关键段轨道精度，以更高精度描绘天问二号探测器的星际航线，以更少燃料飞向更远目标，让人类探索宇宙的每一步都走得更稳、更远。

上 海 天 文 台 从 20 世 纪 70 年 代 起 持 续 攻 关VLBI 技术，历经半个世纪，联合分布于全国的射电望远镜，构建了一张覆盖祖国大地、口径相当于3200km 的“VLBI 虚拟超级望远镜”。

正是凭借这张天罗地网般的观测系统，可以探测到飞行器在视线垂直方向的微小变化，结合测距、测速数据实现对深空探测器高精度测定轨。

本次天问二号任务周期长达 10 年，飞行最远处可距离地球 5 亿千米，同时面临信号极其微弱、飞控高度复杂、高精度测定轨要求等多个新挑战。

为应对天问二号任务的新需求，VLBI 测定轨团队有针对性地开展关键技术攻关，主要包括小行星弱引力场下的轨道确定技术、小行星探测器相位参考 VLBI 定位技术。

VLBI 网启用了 2 座新建观测站（吉林长白山观测站与西藏日喀则观测站），对观测管理模式进行了调整，优化了数据处理软件接口，扩展了功能模块。西藏日喀则 40m 射电望远镜如图 3 所示。

经多次联调联试与任务演练，VLBI 已经具备了天问二号任务执行能力，新构建的“四站一中心”，包括 2 个新建观测站和 2 个老观测站（上海天马观测站、乌鲁木齐南山观测站），联合升级后的上海VLBI 中心，将为天问二号探测器任务贡献高质量VLBI 测量数据并提供精确轨道。

此外，深空探测网还可结合光学导航等手段，提高导航精度。例如，探测器上的光学相机可以拍摄目标小行星的图像，通过图像识别和处理，确定探测器相对于小行星的位置和姿态，为环绕和采样探测提供更精确的导航支持。

多任务协同支持

随着深空探测任务的不断增加，深空探测网需要同时支持多个探测器的任务，这对测控资源的分配和管理提出了更高要求。例如，在天问二号任务实施期间，深空探测网还需同时支持其他深空探测任务，如月球、火星探测等任务。

为实现多任务协同支持，深空探测网采用了先进的任务调度和资源管理技术。通过优化观测站的观测计划、合理分配测控资源，确保各任务能够得到有效的支持。

国际合作与共享

深空探测是全球性的科学探索活动，需要各国之间的合作与共享。未来，中国的深空探测网将进一步加强与国际航天机构的合作，共同开展深空探测任务。通过与 NASA 深空网、ESA 深空网等国际测控网的联网合作，实现资源共享、数据交换和联合测控，提高全球深空测控能力，推动深空探测技术的发展和科学成果的产出。

国际合作不仅有助于解决深空探测网建设中的技术和资源问题，还能够促进各国在深空探测领域的交流与合作，共同应对人类在宇宙探索中面临的挑战。例如，通过联合开展深空探测任务，各国可以共享探测成果，加速对宇宙的认知和理解。

结语

无线电深空探测作为深空探测任务的“生命线”，在天问二号任务中发挥着不可或缺的作用。它不仅能为探测器提供精确的测控通信和数据接收支持，确保任务的顺利实施，还能为天问二号任务的科学探测提供有力保障。随着深空探测技术的不断发展，深空探测网将不断升级和优化，以适应未来更远距离、更复杂的深空探测任务需求。同时，深空探测网也将拓展其功能和应用领域，为人类探索宇宙奥秘、推动天文学和空间科学的发展做出更大的贡献。在未来的深空探索征程中，深空探测网将继续发挥其核心支撑作用，助力人类不断拓展认知边界，迈向更加遥远的宇宙深处。