穿越星空的连接，地面如何与深空探测器保持联络

宇宙遥远深空中的探测器（比如我国探月工程的嫦娥系列探测器，或即将发射的“天问一号”），是怎么与地球建立并保持联络的呢？这就需从“深空网”说起。

航天器能够顺利发射，变轨，着陆，开展探测工作都是由深空测控系统默默地测控支持。该系统主要由航天器上的星载测控分系统、地面的深空测控站、深空任务飞行控制中心组成.

我们将分布于地面的多个深空测控站组成的测控网称为深空网 ，主要用于深空航天器跟踪测量，监视控制，数据传输和信息交换。深空网就好比深空探测的千里眼和顺风耳，它能观察到多远、听得多清楚、计算得多准确，决定了深空探测器能够走多远！

简单地说是通过一口高增益的“锅”，在地面测控中心可以看到。专业地说，这口大锅叫做“ 高增益的抛物面天线 ”。抛物面天线是用于接收和发射信号的器件。增益是指把传输的信号进行放大，可以使信号更容易被接收。为何抛物面天线增益高呢？根据抛物面所具有的几何特性，当一束平行光，微波等电磁波打进抛物面，会汇聚到焦点上。

随着航天器越往深空进发，距离地球越来越远，信号的路径损耗也会越来越大，也即地面接收到的信号也越微弱。天线的增益与天线口径的平方成正比。为了解决这个问题，首先可以利用更大的天线增益来对抗损耗，将“锅”的直径做得大一些，如果天线的口径也到达极限了，怎么办呢？

可以把多个天线按一定规律排列起来，组成天线阵列，各个天线接收到的信号可以进行叠加，从而达到提高增益的效果，提升数据的有效传输。

此外，还可采用中继的方式来延长通信距离，由最远处的航天器将信号传到较远处的航天器进行转接，再将信号传到深空站上。

深空站的具体任务又有哪些呢？

跟踪测量导航

在航天器飞行过程中，地面控制人员要知道航天器任何时候所处的飞行位置，航天器也要随时知道自己所在的空间位置，便于进行姿态的控制。

任务飞行控制

根据探测任务，探测器需要从发射初始轨道经过一系列的变轨以达到目标轨道。任务中心根据任务设计的轨道要求计算出当前轨道到目标轨道的变轨控制量，并通过深空网注入探测器完成探测器的变轨任务。

探测任务操作

地面任务控制中心根据探测器的当前状态和探测任务要求，编排一系列指令控制程序，并通过探测器实施的过程。

数据传输通信

就是将探测器产生或获取的各类信息数据传输到地面。

中国的深空网由西安卫星测控中心喀什深空站、佳木斯深空站和阿根廷南美站三个测控站组成。

我国的深空网是随着中国探月工程的实施，分阶段建设发展起来的，具备支持探测任务的多频段遥测、遥控、数据接收和跟踪测量等功能，对深空探测器的测控覆盖范围接近90%，是全球布局的三大深空测控网之一.

由于地球一直在自转，地面单个深空站最多只能实现8-10小时的通信，要保证深空探测全天24小时的跟踪覆盖，就需要在国外合适的区域再建一个深空站，这就是阿根廷南美站的由来。

这三个深空站分别配置了极高灵敏度接收机，大功率发射机，信号处理系统和大口径的抛物面的接收发射天线，用来发出指令并接收处理深空探测器反馈的信号，保持地面与极远距离航天器之间的通信和控制。

佳木斯深空站装备有目前全亚洲口径最大、接收灵敏度最高的深空测控天线，直径达66米。其深空探测作用距离可达4亿公里。

阿根廷深空站位于阿根廷内乌肯省位于巴塔哥尼亚高原区，配备口径长达35米的天线，可用于接收和下载各种探测到的信息数据。

近日，为了更好地对即将启程的“天问一号”火星探测任务提供测控支持，西安卫星测控中心对喀什深空站、佳木斯深空站进行了优化改造。在“天问一号”探测器实施地火转移期间，我国首个深空天线组阵系统将投入使用。