耿虎軍

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；

2. CETC航天信息應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050081)

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星際探索中的電子技術(shù)

耿虎軍1,2

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；

2. CETC航天信息應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050081)

摘要各種各樣的深空探測(cè)器持續(xù)地?cái)U(kuò)展著人類的認(rèn)知范圍。通過(guò)對(duì)幾次典型深空探測(cè)活動(dòng)的成敗分析，總結(jié)電子技術(shù)在星際探索任務(wù)中所起到的作用，分析星際探索任務(wù)中電子設(shè)備應(yīng)用所獲得的經(jīng)驗(yàn)和啟示。認(rèn)為電子設(shè)備的功能、性能、壽命、可靠性是星際探索任務(wù)成敗的決定性因素，電子技術(shù)甚至成為了限制星際探索能力的一個(gè)瓶頸。進(jìn)而論述了未來(lái)深空探測(cè)任務(wù)對(duì)電子技術(shù)發(fā)展的需求，以期對(duì)未來(lái)電子系統(tǒng)的研制有所借鑒。

關(guān)鍵詞電子技術(shù)；星際探索；深空測(cè)控；激光通信；星際網(wǎng)絡(luò)

0引言

星際探索是人類對(duì)地球以外天體和空間進(jìn)行探測(cè)的活動(dòng)。它通過(guò)對(duì)地球以外的行星及其衛(wèi)星、小天體和矮行星以及太陽(yáng)系外宇宙空間等的探測(cè)，探究太陽(yáng)系及宇宙的起源與演化、太陽(yáng)及小天體活動(dòng)對(duì)人類生存環(huán)境的災(zāi)害性影響、太陽(yáng)系生命的起源與演化等重大科學(xué)問(wèn)題，為人類可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

深空探測(cè)活動(dòng)的實(shí)施一般按照系統(tǒng)工程的原理進(jìn)行組織，分為5大系統(tǒng)：深空探測(cè)器系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)、測(cè)控通信系統(tǒng)和地面應(yīng)用系統(tǒng)。從工程組織的角度，人們難以完整地理解電子技術(shù)對(duì)于星際探索任務(wù)的重要性。從學(xué)科分類的角度審視星際探索任務(wù)，可以看到電子技術(shù)滲透到5個(gè)工程組織系統(tǒng)中的每一個(gè)部分，并且伴隨深空探測(cè)活動(dòng)的整個(gè)生命周期。

1令人驚嘆的深空探測(cè)任務(wù)

一直以來(lái)，人們以各種方式認(rèn)識(shí)著太空，從肉眼觀察發(fā)展到望遠(yuǎn)鏡觀察，從探測(cè)器抵近觀察到人類直接登陸地。而無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展，極大地推動(dòng)著人類星際探索的進(jìn)程。

1.1飛行了38年的深空探測(cè)器

2013年9月13日，美國(guó)航空航天局(NASA)宣布：旅行者一號(hào)已經(jīng)離開(kāi)太陽(yáng)風(fēng)層，正式成為第一個(gè)進(jìn)入星際空間的人造物體[1]。權(quán)威專家認(rèn)為進(jìn)入星際空間是歷史性飛躍。

旅行者一號(hào)最初目標(biāo)是探測(cè)木星、土星、天王星和海王星。1977年9月5日升空，1979年2月到達(dá)木星上空，1979年11月飛到土星附近，后因增加了探測(cè)土衛(wèi)六生命跡象的任務(wù)，改變軌道繞飛土衛(wèi)六。在完成土星六探測(cè)后，旅行者一號(hào)沒(méi)有按原定計(jì)劃飛往天王星和海王星進(jìn)行探測(cè)，而是直奔太陽(yáng)系邊緣。它飛出太陽(yáng)系后的主要任務(wù)是測(cè)量宇宙光束粒子、探測(cè)太陽(yáng)風(fēng)和其他恒星風(fēng)之間的作用。

旅行者一號(hào)有2項(xiàng)主要措施使其能夠長(zhǎng)時(shí)間工作：① 攜帶了足夠多的能源，并且一旦完成了某項(xiàng)任務(wù)，就關(guān)閉相應(yīng)的設(shè)備以節(jié)省能源；② 使用了可靠的電子器件，一直到現(xiàn)在它們都在穩(wěn)定、可靠地工作，并且在飛躍木星時(shí)，有效地抵抗了來(lái)自木星的強(qiáng)烈射線輻射。

2004年，旅行者一號(hào)的定位系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要啟用后備系統(tǒng)。時(shí)隔20多年之后，后備系統(tǒng)能否正常工作讓人十分擔(dān)心。轉(zhuǎn)換過(guò)程中，飛行器電腦將太陽(yáng)當(dāng)成了地球，差點(diǎn)兒使飛行器和地面失去聯(lián)系。幸好地面控制人員在完全啟用后備系統(tǒng)前，設(shè)置了15 min的間隙分析數(shù)據(jù)，以決定切換是確認(rèn)還是放棄。地面控制中心利用這一間隙，啟用回轉(zhuǎn)儀穩(wěn)定飛船，最后順利啟動(dòng)了后備系統(tǒng)。

1.2驚險(xiǎn)迭出的“隼鳥(niǎo)”探測(cè)器

2010年6月13日，日本“隼鳥(niǎo)”深空探測(cè)器在澳大利亞的伍莫拉沙漠著陸，帶回了絲川小行星1 000多個(gè)微米級(jí)的巖石微粒，這是人造飛行器首次與小行星接觸后回到地球[2]?！蚌励B(niǎo)”重510 kg，發(fā)射于2003年5月9日，在天外漂泊了7年，飛行60億千米，旨在驗(yàn)證離子推進(jìn)、自主導(dǎo)航、采樣和再入等技術(shù)。

“隼鳥(niǎo)”探測(cè)器任務(wù)過(guò)程中出現(xiàn)了很多故障，導(dǎo)致任務(wù)過(guò)程驚現(xiàn)迭出，能夠返回地球是一件非常不容易的事情。

發(fā)射后，2003年一次劇烈的太陽(yáng)耀斑使得“隼鳥(niǎo)”探測(cè)器的太陽(yáng)能電池發(fā)生損壞，影響了離子推進(jìn)系統(tǒng)，導(dǎo)致抵達(dá)時(shí)間推遲了2個(gè)月。2005年7月31日，“隼鳥(niǎo)”探測(cè)器的一個(gè)動(dòng)量輪由于摩擦太大而損壞。2005年底“隼鳥(niǎo)”探測(cè)器在絲川小行星周圍進(jìn)行了約3個(gè)月的巡視勘測(cè)，在此期間，“隼鳥(niǎo)”探測(cè)器發(fā)生了長(zhǎng)時(shí)間的通信中斷，只能實(shí)施自主光學(xué)導(dǎo)航。2005年11月20日，“隼鳥(niǎo)”著陸絲川小行星后，與地面失去聯(lián)系3 h，控制中心一度宣布“隼鳥(niǎo)”處于失蹤狀態(tài)。離開(kāi)絲川后，“隼鳥(niǎo)”返航途中出現(xiàn)了多次技術(shù)故障，包括離子發(fā)動(dòng)機(jī)故障、動(dòng)量輪損壞、推進(jìn)劑泄露、蓄電池喪失功能和通信中斷等，導(dǎo)致回歸時(shí)間推后了3年。返回地球途中，推進(jìn)劑泄露導(dǎo)致探測(cè)器一直慢慢滾動(dòng)，天線每6 min才有1 min對(duì)準(zhǔn)地球，給通信帶來(lái)巨大的困難。2009年11月最后一具發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作?！蚌励B(niǎo)”的離子推進(jìn)系統(tǒng)有4個(gè)主噴管和4個(gè)小噴管，最終地面人員使用小噴管實(shí)現(xiàn)航向控制，使得“隼鳥(niǎo)”得以返航[3]。

雖然驚險(xiǎn)跌出，“隼鳥(niǎo)”航天器依然向世界展示了日本的離子推進(jìn)技術(shù)、小行星準(zhǔn)確定位技術(shù)、地面—太空遙控技術(shù)、星際光學(xué)自主導(dǎo)航技術(shù)、自主著陸智能機(jī)器人技術(shù)和返回地球技術(shù)。尤其是一度被認(rèn)為將“死于太空”的“隼鳥(niǎo)”號(hào)“起死回生”，展現(xiàn)出日本強(qiáng)大的太空裝備遙控能力[4]。

1.3生命力頑強(qiáng)的古老探測(cè)器家族

2001年4月位于西班牙馬德里的深空天線意外收到了一個(gè)異常微弱的信號(hào)，經(jīng)查證該信號(hào)是與控制中心失去聯(lián)系8個(gè)月的“先鋒十號(hào)”[5]。截至2002年，“先鋒十號(hào)”已經(jīng)在太空中超限服務(wù)30多年，它與“旅行者1號(hào)”、“旅行者2號(hào)”和“IMP-8號(hào)”都是拒絕死亡的精英飛行器。

“先鋒十號(hào)”發(fā)射于1972年3月2日，目標(biāo)是探測(cè)水星。2002年3月2日，地面控制中心依然能夠與它進(jìn)行無(wú)線電信號(hào)的溝通。因?yàn)榫嚯x長(zhǎng)達(dá)120億千米，溝通一次事件長(zhǎng)達(dá)22 h，但是“先鋒十號(hào)”的回答清晰準(zhǔn)確。2003年1月22日，NASA又一次收到“先鋒十號(hào)”來(lái)自123億千米遠(yuǎn)太空的微弱信號(hào)。

1997年，經(jīng)過(guò)25年的宇宙航行之后，“先鋒十號(hào)”用于和地面站之間建立聯(lián)系的定向天線指向逐漸發(fā)生了偏移。重新對(duì)天線定向，使得“先鋒十號(hào)”面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)。在定向過(guò)程中，需要反復(fù)關(guān)閉它的測(cè)控設(shè)備，以提供定向操作所需要的足夠能量。反復(fù)關(guān)閉測(cè)控通信設(shè)備，可能產(chǎn)生熱震蕩，從而導(dǎo)致測(cè)控通信損壞。經(jīng)過(guò)90 min的操作之后，遲暮之年的“先鋒十號(hào)”經(jīng)受住了考驗(yàn)，完成了天線重新定向操作。

后來(lái)發(fā)射的旅行者“長(zhǎng)生不老”的部分原因是他們的設(shè)計(jì)參照了“先鋒十號(hào)”、“先鋒十一號(hào)”發(fā)回的太空環(huán)境信息。2個(gè)先鋒都發(fā)現(xiàn)，木星的輻射帶遠(yuǎn)比人們預(yù)計(jì)的密集得多。旅行者采取了充分的防輻射措施，采用能夠有效防輻射的光學(xué)玻璃和電子原件。考慮到飛行器超期運(yùn)行的可能，又在旅行者探測(cè)器上安裝了后備運(yùn)行系統(tǒng)，以便地面控制中心能夠在必要時(shí)遠(yuǎn)程啟動(dòng)。

1.4迄今最先進(jìn)的火星巡視器

2012年8月，迄今為止質(zhì)量最大(3.257 kg)、性能最先進(jìn)的火星探測(cè)器“好奇”號(hào)成功著陸火星?！昂闷妗碧?hào)利用導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、反沖推進(jìn)火箭和“天空起重機(jī)”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了著陸火星方式的突破。

“好奇”號(hào)與地球的通信方式有2種：① 采用特高頻(UHF)頻段，通過(guò)在軌的火星軌道器中繼，完成與地球的測(cè)控聯(lián)系。火星軌道器主用“火星勘察軌道器”，備用“奧德賽”軌道器，同時(shí)也可以通過(guò)歐州航天局的“火星快車”進(jìn)行數(shù)據(jù)中繼服務(wù)。② “好奇”號(hào)采用X頻段直接與地球完成測(cè)控通信，并且在“好奇”號(hào)上有2付X頻段天線：1付寬波束、低增益天線和1付窄波束、高增益天線。

“好奇”號(hào)火星探測(cè)器配備很多先進(jìn)的電子設(shè)備以及先進(jìn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。美國(guó)三代火星車嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能比較[6]如表1所示。

表1　美國(guó)三代火星車嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能比較

2深空探測(cè)任務(wù)中的電子設(shè)備

深空探測(cè)器飛出地球軌道后，電子設(shè)備發(fā)揮著舉足輕重的作用，成為探測(cè)器生命延續(xù)的決定性因素，或者成為探測(cè)器起死回生的唯一手段。具體地說(shuō)，它完成的工作包括：在整個(gè)飛行過(guò)程中進(jìn)行高精度跟蹤測(cè)量，以準(zhǔn)確確定軌道并進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)控制和狀態(tài)監(jiān)視；在達(dá)到目標(biāo)后進(jìn)行制動(dòng)和入軌等操作；在探測(cè)過(guò)程中通過(guò)深空通信系統(tǒng)將操作指令發(fā)給科學(xué)儀器，以控制其進(jìn)行科學(xué)探測(cè)，并將所獲取的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)傳回地球。

伴隨深空探測(cè)器整個(gè)生命歷程的電子設(shè)備包括：① 電源：核電源、太陽(yáng)能電池和蓄電池；② 星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；③ 各種無(wú)線電傳感器：測(cè)速、測(cè)距設(shè)備和陀螺等；④ 星載測(cè)控通信設(shè)備和天線；⑤ 大型地面測(cè)控通信設(shè)備和地面控制中心。

2.1旅行者等古老探測(cè)器給予人們的啟示

未來(lái)擺在旅行者一號(hào)面前的有2個(gè)困難：

① 電力的問(wèn)題。2個(gè)探測(cè)器都由钚放射性衰變產(chǎn)生315 W電量，電量每年都會(huì)衰減4 W左右。為節(jié)約電力，旅行者一號(hào)在探測(cè)完土星及其衛(wèi)星后已陸續(xù)關(guān)閉了一些有效載荷，2020年還將關(guān)閉磁場(chǎng)和粒子探測(cè)設(shè)備，只留下紫外線探測(cè)設(shè)備繼續(xù)工作，直到2025年核電池耗盡。在2025年以后，將收不到旅行者一號(hào)發(fā)回的科學(xué)數(shù)據(jù)，但其工程數(shù)據(jù)還將在之后幾年中繼續(xù)傳回，它會(huì)繼續(xù)以17 km/s以上的第三宇宙速度向著銀河系的中心前進(jìn)。

② 信號(hào)的接收問(wèn)題。因?yàn)樾盘?hào)的強(qiáng)度與距離的平方呈反比，距離越遠(yuǎn)信號(hào)越弱。旅行者一號(hào)可以飛得無(wú)限遠(yuǎn)，但如果接收不到信號(hào)，那一切都沒(méi)有意義。旅行者一號(hào)發(fā)回的數(shù)據(jù)要用超過(guò)17 h才能傳回地球。目前發(fā)射信號(hào)的功率為23 W，相當(dāng)于冰箱內(nèi)燈泡的功率。現(xiàn)在NASA的深空測(cè)控站每天花費(fèi)10 h以上的時(shí)間接收旅行者的數(shù)據(jù)。

旅行者一號(hào)現(xiàn)在和地球保持聯(lián)系的方式是通過(guò)電磁波發(fā)送不同頻率的單音信號(hào)，一個(gè)單音持續(xù)幾秒鐘完成一次傳送。旅行者探測(cè)器上的天線口徑為3.7 m，地面使用上百米口徑的深空天線才能完成這樣的信息收發(fā)。在旅行者一號(hào)這樣的距離上，完成如此低速的通信，已經(jīng)達(dá)到了目前人類通信手段的極限水平。

令人驚訝的是旅行者一號(hào)上電子設(shè)備的可靠性。在復(fù)雜的空間環(huán)境中飛行了38年之后，20世紀(jì)70年代的電子設(shè)備依然能夠正常工作。這對(duì)于旅行者一號(hào)上復(fù)雜的電子設(shè)備來(lái)講，是一件值得自豪的事情。另一個(gè)壽命更長(zhǎng)的角色值得引起人們的注意：地面控制中心以及它的大型測(cè)控站。也許是由于它就在身邊便于維護(hù)，從而不讓人覺(jué)得它的長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持工作使人驚訝，但它確實(shí)一直在照看著旅行者的一舉一動(dòng)。

2.2 “隼鳥(niǎo)”等航天器給予人們的啟示

任務(wù)過(guò)程中，“隼鳥(niǎo)”的動(dòng)量輪陸續(xù)損壞，地面人員通過(guò)測(cè)控鏈路完成飛行器的姿態(tài)調(diào)整。返航途中離子發(fā)動(dòng)機(jī)故障，地面人員通過(guò)測(cè)控鏈路關(guān)閉了主發(fā)動(dòng)機(jī)，調(diào)整程序使用平衡用的小噴管繼續(xù)返航，雖然推遲了3年，但是依然返回了地球。所有這些調(diào)整工作都是地面人員通過(guò)測(cè)控通信設(shè)施得到探測(cè)器的信息，綜合判斷故障后，制定策略，通過(guò)測(cè)控通信設(shè)施調(diào)整探測(cè)器上的計(jì)算機(jī)程序完成的。而與此形成強(qiáng)烈對(duì)比的是：返途中，時(shí)斷時(shí)續(xù)的測(cè)控通信限制，給返回控制增加了很多的困難；多次的通信中斷，使得人們一度宣布“隼鳥(niǎo)”失蹤?？梢?jiàn)電子設(shè)備在延續(xù)“隼鳥(niǎo)1號(hào)”的生命過(guò)程中起到了多么重要的作用。

2015年6月16日歐洲航天局宣布，通過(guò)新獲得的1 m分辨率火星表面圖像，發(fā)現(xiàn)了失聯(lián)10余年的“獵兔犬”號(hào)火星著陸器。圖像表明，“獵兔犬”號(hào)失聯(lián)的原因是太陽(yáng)能電池板未能全部展開(kāi)，導(dǎo)致和地球聯(lián)系的天線未能露出，未能和地球測(cè)控網(wǎng)建立聯(lián)系?？梢?jiàn)，能源系統(tǒng)對(duì)任務(wù)來(lái)講的重要性體現(xiàn)在多個(gè)方面，影響任務(wù)的方式也會(huì)多種多樣。這也說(shuō)明，和控制中心建立聯(lián)系是非常關(guān)鍵的。如果“獵兔犬”號(hào)能和地面控制中心聯(lián)系上，也許像“隼鳥(niǎo)”號(hào)一樣還有救。

相關(guān)的另一個(gè)案例是“伽利略”號(hào)探測(cè)器。它的高增益主天線出現(xiàn)了故障，僅能利用低增益天線與地球進(jìn)行通信。因此，在整個(gè)小行星Gaspra的探測(cè)過(guò)程中，僅能拍攝4幅圖像。為了盡可能地提高圖像中的信息量，“伽利略”號(hào)采用了創(chuàng)新性的圖像拼接技術(shù)。事實(shí)證明，雖然僅有4幅圖像可用，但依靠單幀圖像拼接技術(shù)獲得的天體量測(cè)信息，“伽利略”號(hào)還是獲得了較高的導(dǎo)航精度，導(dǎo)航誤差約為10 km，這說(shuō)明與地球的測(cè)控聯(lián)絡(luò)就是深空探測(cè)器的生命線。

2.3目前的深空地面測(cè)控能力

2.3.1NASA的深空地面網(wǎng)

NASA的深空網(wǎng)主要由經(jīng)度相隔約120°的3個(gè)基地組成，可以對(duì)深空目標(biāo)實(shí)施不間斷測(cè)控。這些基地裝備有高靈敏度的接收系統(tǒng)和大型天線，每個(gè)基地至少有4類天線：34 m高效天線、34 m波束波導(dǎo)天線、26 m天線和70 m天線。

通過(guò)采用VLBI測(cè)量技術(shù)，NASA在火星附近探測(cè)器的位置測(cè)量能力能夠達(dá)到1 km，木星附近達(dá)到幾km量級(jí)，火星軌道器的軌道測(cè)量精度優(yōu)于100 m。當(dāng)火星和地球距離較近時(shí)，火星軌道器和地面測(cè)控站之間能夠傳輸6 Mbps的數(shù)據(jù)。任務(wù)需求驅(qū)使NASA對(duì)深空地面網(wǎng)實(shí)施Ka頻段改造計(jì)劃，用具備Ka能力的34 m波束波導(dǎo)天線更換其老齡化的70 m天線，增強(qiáng)下行鏈路能力。

2.3.2ESA的深空地面網(wǎng)

2012年10月，歐空局(ESA)啟用了在南美洲阿根廷的35 m深空測(cè)控站(編號(hào)為DSA 3)，測(cè)控站天線高40 m，整體質(zhì)量610 000 kg，配置了冷卻到-285 ℃的低溫制冷低噪聲放大器，能夠接收到木星軌道以遠(yuǎn)航天器返回的超微弱信號(hào)，并在不同的功率范圍(最高20 kW)使遙控指令在太陽(yáng)系內(nèi)傳播。

DSA 3與已有的澳洲西部新諾舍的DSA 1、西班牙塞布萊羅斯的DSA 2一起構(gòu)成了三站一體的深空地面網(wǎng)，為ESA深空任務(wù)提供全球性覆蓋。

2.3.3中國(guó)的深空地面網(wǎng)

在嫦娥月球探測(cè)任務(wù)的推動(dòng)下，我國(guó)正在建設(shè)自己的深空測(cè)控網(wǎng)。目前，已經(jīng)建成喀什35 m S/X/Ka頻段深空測(cè)控站和佳木斯66 m S/X頻段深空測(cè)控站。預(yù)計(jì)2017年，位于阿根廷的35 m S/X/Ka頻段深空測(cè)控站將建成并投入使用。

2012年10月位于上海佘山的65 m射電望遠(yuǎn)鏡天線建成并正式啟用。該射電望遠(yuǎn)鏡工作頻率最高到Q頻段(40～46 GHz)，對(duì)應(yīng)的觀測(cè)波長(zhǎng)范圍從最長(zhǎng)21cm到最短7 mm。2013年12月全程參加了嫦娥三號(hào)著陸器和月球車X頻段VLBI測(cè)定軌測(cè)定位任務(wù)，明顯提高了VLBI的測(cè)量精度[9]。

深空測(cè)控網(wǎng)的初步建成標(biāo)志著我國(guó)的飛行器測(cè)控能力從地球周邊走向星際空間。深空測(cè)控網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，所涉及到的多項(xiàng)核心技術(shù)走到了世界前列。不僅僅是填補(bǔ)了我國(guó)深空站的空白，更重要的是通過(guò)它的研制，帶動(dòng)了多項(xiàng)核心技術(shù)的發(fā)展和關(guān)鍵器件的研制，使我國(guó)測(cè)控通信領(lǐng)域從總體設(shè)計(jì)、核心技術(shù)、關(guān)鍵器件研制到檢測(cè)測(cè)試水平，都跨上一個(gè)新臺(tái)階。

3未來(lái)深空任務(wù)中的先進(jìn)電子技術(shù)

未來(lái)深空任務(wù)中，深空探測(cè)器需要充足的能源供應(yīng)、性能強(qiáng)大的空間計(jì)算能力、高精度的環(huán)境感知與測(cè)量能力、高精度的測(cè)定軌能力、大容量的數(shù)據(jù)傳輸能力、連續(xù)可靠的測(cè)控聯(lián)系。這些電子技術(shù)的發(fā)展都會(huì)極大地推動(dòng)星際探索的進(jìn)步。

3.1空間能源技術(shù)

深空探測(cè)器對(duì)空間能源系統(tǒng)的需求主要表現(xiàn)在：功率需求大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、可靠性要求高、環(huán)境條件適應(yīng)性強(qiáng)。星際探測(cè)可用的能源包括太陽(yáng)能、核能和化學(xué)電池等。由于受到太陽(yáng)光照射范圍的限制，太陽(yáng)能在星際探索應(yīng)用中受到一些限制。羅塞塔木星探測(cè)器是最遠(yuǎn)的只靠太陽(yáng)能源的航天器。獵兔犬是第一個(gè)僅靠太陽(yáng)能源的火星著陸器。一些距離太陽(yáng)更遠(yuǎn)的星際探索任務(wù)中只能依靠核能源。

3.1.1太陽(yáng)能源技術(shù)

空間太陽(yáng)能電池應(yīng)具備高的體積質(zhì)量效率、高能量轉(zhuǎn)換效率、耐輻射、低溫低亮度和高溫高亮度特性優(yōu)良的特點(diǎn)。目前，商用衛(wèi)星太陽(yáng)能電源系統(tǒng)提供的功率一般為10 kWe左右，國(guó)際空間站太陽(yáng)能電源系統(tǒng)的功率超過(guò)了100 kWe。已經(jīng)應(yīng)用過(guò)的小型空間太陽(yáng)能電推進(jìn)系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池功率約為20 kWe左右?；鹦切乔虮砻鎽?yīng)用過(guò)的太陽(yáng)能電源，在火星距離太陽(yáng)為1個(gè)天文距離單位時(shí)，能夠提供約1.5 kWe的功率。

未來(lái)深空任務(wù)中的大功率電推進(jìn)探測(cè)器需要更先進(jìn)的太陽(yáng)能電源[8]。距離較近的深空任務(wù)，電推進(jìn)系統(tǒng)需要提供的功率大于40 kWe；而載人火星任務(wù)的電推進(jìn)系統(tǒng)則需要提供大于250 kWe的功率。發(fā)射時(shí)，太陽(yáng)能電池的收藏態(tài)功率密度需要達(dá)到40 kW/m3，同時(shí)這些電池必須能夠在穿越范艾倫輻射帶時(shí)，在電推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生的等離子體范圍內(nèi)高效工作。此外，在星際探索任務(wù)中，伴隨著探測(cè)器到太陽(yáng)距離的變化，光照條件和環(huán)境溫度(-130～250 ℃)都有著比較大的變化，這種情況下，都要求太陽(yáng)能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。

3.1.2核能源技術(shù)

放射性同位素電源系統(tǒng)是適合深空探測(cè)的一種不依賴于太陽(yáng)的可靠能源。放射性同位素電源系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：壽命長(zhǎng)；可適應(yīng)各種工作條件，不受輻射影響；結(jié)構(gòu)緊湊，姿態(tài)控制簡(jiǎn)單；可靠性高；動(dòng)力可調(diào)；不產(chǎn)生噪音、振動(dòng)和扭矩。因而非常適合在外層空間和行星表面的極端環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。

深空探測(cè)任務(wù)是推動(dòng)放射性同位素電源技術(shù)進(jìn)步的主要?jiǎng)恿?。?961年人們就開(kāi)始在空間中使用它，一般能夠做到的功率容量為3～5 We/kg，效率約6%，壽命超過(guò)30年。深空任務(wù)需要將同位素電源的效率提高到12%以上，功率容量提高到8 We/kg，壽命高于14年。

NASA計(jì)劃發(fā)展的高效電源包括：采用高效熱電轉(zhuǎn)換器的eMMRTG-100同位素電源，輸出功率100 W，效率達(dá)到10%；ARTG-500同位素電源，輸出功率500 W，效率達(dá)到15%。而采用斯特林電能轉(zhuǎn)換裝置的ASRG-500同位素電源，輸出功率100 W，效率達(dá)到30%[8]。

載人火星任務(wù)需要電源系統(tǒng)提供kWe級(jí)到MWe級(jí)的功率，就需要考慮空間核裂變電源、空間核聚變電源或者其他更先進(jìn)的手段。

3.2空間計(jì)算技術(shù)

空間計(jì)算系統(tǒng)管理探測(cè)器的所有任務(wù)，包括精密著陸、躲避危險(xiǎn)、空間對(duì)接、環(huán)境分析和科學(xué)探測(cè)等等，因此需要高能源效率、高計(jì)算能力、強(qiáng)抗輻射能力和高容錯(cuò)糾錯(cuò)能力，同時(shí)盡量小型化。

受限于空間計(jì)算系統(tǒng)的能力，以往深空任務(wù)中的處理程序邏輯關(guān)系簡(jiǎn)單、固定，現(xiàn)在的探測(cè)器智能化需求越來(lái)越高。探測(cè)器著陸天體時(shí)，進(jìn)入、下降和著陸過(guò)程中需要連續(xù)處理視頻信號(hào)、各種超光譜、綜合孔徑雷達(dá)等高速傳感器數(shù)據(jù)；任務(wù)過(guò)程中，探測(cè)器要根據(jù)環(huán)境變化處理各種意外情況，完成模糊判斷、危險(xiǎn)評(píng)估、任務(wù)規(guī)劃和故障管理等功能，要求空間計(jì)算系統(tǒng)具備模糊、分類和并行的計(jì)算特征。這些功能極大地增加了對(duì)空間計(jì)算系統(tǒng)的能力需求。

空間計(jì)算系統(tǒng)包括處理器、存儲(chǔ)器、軟件和通信網(wǎng)絡(luò)等部分。多核處理器是提高計(jì)算能力和容錯(cuò)能力的一個(gè)技術(shù)途徑。處理能力的提高也需要高密度、大容量、抗輻射的存儲(chǔ)器。而軟件是提高深空探測(cè)器自主能力的核心，它需要錯(cuò)誤校驗(yàn)和恢復(fù)技術(shù)以保證飛行器功能的可靠性和安全性。高效、高速、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)連通計(jì)算系統(tǒng)與各種傳感器和科學(xué)儀器的數(shù)據(jù)通道。

NASA的目標(biāo)是發(fā)展具備24GOPS/10GFLOPS計(jì)算能力，功耗7 W，具備支持軟件容錯(cuò)構(gòu)架的多核計(jì)算架構(gòu)；內(nèi)存容量1 Gb，存取速度6.4 GB/s；存儲(chǔ)器1 Gb，存取速度500 MB/sec；通信網(wǎng)絡(luò)速率達(dá)到10 Gbps[10]。

3.3深空測(cè)控通信技術(shù)

深空測(cè)控通信設(shè)備包括探測(cè)器上的測(cè)控通信設(shè)備、空間傳輸與中繼網(wǎng)絡(luò)以及地面的測(cè)控通信設(shè)施。這些設(shè)備是溝通探測(cè)器與地球聯(lián)系的唯一通道。

3.3.1星際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

星際互聯(lián)網(wǎng)作為一種通用的空間信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，旨在為深空探測(cè)任務(wù)提供通信服務(wù)，為探測(cè)器和軌道器提供導(dǎo)航服務(wù)。將深空測(cè)控網(wǎng)向星際互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)化，可以使深空內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸完全自動(dòng)化。當(dāng)前，人們需要制定所有深空探測(cè)器的每一次測(cè)定軌和數(shù)據(jù)傳輸規(guī)劃[11]。

2012年11月9日，NASA宣布與ESA進(jìn)行了一項(xiàng)模擬“星際互聯(lián)網(wǎng)”運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)，由國(guó)際空間站乘員利用一臺(tái)電腦操控了一個(gè)歐洲太空控制中心的小型機(jī)器人。此次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了通過(guò)星際“容延遲網(wǎng)絡(luò)”(DTN)，利用火星在軌衛(wèi)星操控火星表面機(jī)器人的功能。

DTN協(xié)議提供了類似互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化通信。不同于全球互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接的TCP/IP協(xié)議，DTN旨在處理行星際通信期間可能突發(fā)的信號(hào)斷開(kāi)、錯(cuò)誤和延遲。當(dāng)航天器繞行在行星后面或遇到太陽(yáng)風(fēng)時(shí)，常會(huì)發(fā)生故障，導(dǎo)致長(zhǎng)期間的通信延遲。

相對(duì)于傳統(tǒng)的直接與地球通信而言，通過(guò)在火星軌道運(yùn)行的航天器的中繼通信解決通信難題具有重要意義。NASA的火星環(huán)球勘測(cè)者(MGS)、火星勘察軌道器(MRO)和火星奧德賽(ODY)軌道器以及ESA的火星快車(ME)軌道器構(gòu)成初步的中繼通信體系，這一體系已經(jīng)成功地支持了好奇號(hào)、勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星表面巡視探測(cè)器。中繼鏈路將使能量效率比深空鏈路提高一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)[11]。

3.3.2空間激光通信技術(shù)

2013年NASA在LADEE月球探測(cè)器上完成了月球到地球的激光通信實(shí)驗(yàn)，下行傳輸速率達(dá)到622 Mbps，上行傳輸速率達(dá)到20 Mbps。相對(duì)于LRO月球探測(cè)器的Ka頻段數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)的激光數(shù)據(jù)傳輸能力提高了3～6倍。該次試驗(yàn)驗(yàn)證了深空光通信中的2項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：級(jí)聯(lián)編碼脈沖位置調(diào)制技術(shù)和超導(dǎo)納米線光子技術(shù)探測(cè)器(NbN、InGaAs或WSi)技術(shù)。

空間光子探測(cè)器需要提高的性能包括：效率、抖動(dòng)、抗輻射特性、飽和特性和高溫工作特性等，同時(shí)需要提高大面積檢測(cè)器陣列的制造成品率。要在深空中廣泛使用激光作為信息傳輸手段，必須增加激光器的壽命(優(yōu)于10年)、提高激光器的能源效率(優(yōu)于30%)，以適應(yīng)深空探測(cè)的長(zhǎng)時(shí)間任務(wù)需求。另外，大氣的云、水汽、大氣波動(dòng)和大氣陽(yáng)光散射對(duì)激光傳輸?shù)挠绊?，也是限制激光?yīng)用的主要因素，需要有相應(yīng)的技術(shù)手段克服這些困難。

激光測(cè)量系統(tǒng)可以達(dá)到比無(wú)線電測(cè)量系統(tǒng)更高的測(cè)量精度。但更高的精度也對(duì)激光系統(tǒng)提出了額外的要求，包括高帶寬的光子檢測(cè)器的響應(yīng)能力、精密的測(cè)量結(jié)果標(biāo)定能力以及遙控/遙測(cè)/測(cè)速/測(cè)距多功能融合的信號(hào)體制設(shè)計(jì)等[11]。

3.3.3高精度的時(shí)頻產(chǎn)生及分發(fā)技術(shù)

未來(lái)的星際探索中發(fā)展精確導(dǎo)航能力至關(guān)重要。NASA的最終目的是在太陽(yáng)系內(nèi)實(shí)現(xiàn)ns量級(jí)時(shí)間同步精度[11]。太陽(yáng)系內(nèi)ns級(jí)的時(shí)間傳遞可以為深空內(nèi)的探測(cè)器提供更高的位置測(cè)量精度，可以支持空間編隊(duì)飛行、支持自主導(dǎo)航、多探測(cè)器協(xié)同、探測(cè)器抵近與維護(hù)、探測(cè)器對(duì)接等功能。其中的關(guān)鍵技術(shù)包括：使得空間高性能石英鐘能夠適應(yīng)空間環(huán)境溫度的變化、適應(yīng)探測(cè)器磁場(chǎng)和電場(chǎng)環(huán)境、適應(yīng)空間引力影響以及空間輻射影響；降低空間原子鐘的復(fù)雜度和成本，同時(shí)提高空間原子鐘的性能；建立高精度的空間時(shí)頻傳輸網(wǎng)絡(luò)，其中的關(guān)鍵技術(shù)包括：時(shí)頻分布機(jī)制、誤差測(cè)量與估計(jì)方法、誤差補(bǔ)償與控制機(jī)制、高效網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等[16]。

NASA正致力于研發(fā)“深空原子鐘”(DSAC)，一個(gè)小型化汞離子原子鐘，其穩(wěn)定性比當(dāng)前最好的導(dǎo)航原子鐘高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。一方面，深空原子鐘的應(yīng)用可以提高科學(xué)探測(cè)精度：通過(guò)使用單向無(wú)線測(cè)量鏈路，使在太陽(yáng)系遙遠(yuǎn)星體的導(dǎo)航、重力學(xué)、掩星學(xué)準(zhǔn)確度提高10倍，并提高航天器精確地進(jìn)入軌道或著陸在其他天體上的能力；另一方面，深空原子鐘的應(yīng)用使深空測(cè)控轉(zhuǎn)向更靈活、擴(kuò)展性更強(qiáng)的單向無(wú)線導(dǎo)航體系，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)共享測(cè)控網(wǎng)天線基礎(chǔ)設(shè)施，降低使用深空測(cè)控網(wǎng)的任務(wù)成本。

目前的時(shí)間保持和授時(shí)分發(fā)精度需要幾個(gè)數(shù)量級(jí)的改進(jìn)，以提供更精密的星際測(cè)量數(shù)據(jù)。2010年英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室利用光梳實(shí)現(xiàn)86 km光纖距離傳輸?shù)某€(wěn)定的微波頻率傳輸系統(tǒng)。從遠(yuǎn)端測(cè)量得到的時(shí)頻傳輸系統(tǒng)自身的頻率穩(wěn)定度達(dá)到4×10-17/1 600 s，時(shí)間抖動(dòng)僅為64 fs。

3.3.4空間射頻技術(shù)

射頻一直是深空測(cè)控的主要支柱，將來(lái)仍將是深空測(cè)控通信體系結(jié)構(gòu)的重要組成部分。未來(lái)的深空探測(cè)任務(wù)需要提高2個(gè)量級(jí)的下行數(shù)據(jù)接收能力(達(dá)600 Mbps)，大幅度地提高上行數(shù)據(jù)傳輸能力，發(fā)展創(chuàng)新型的手段解決應(yīng)急測(cè)控問(wèn)題，以提高深空任務(wù)的安全性，解決地球再入時(shí)的黑障通信難題[7]。

在空間段提高深空遠(yuǎn)距離測(cè)控通信性能的技術(shù)包括：① 空間高效功放技術(shù)，如高功率行波管放大器和分布式固態(tài)功放，行波管放大器效率提升到70%～75%，重量降低到4 kg。固態(tài)功放的效率提升到35%～40%，重量降低到1～2 kg；② 空間載大天線技術(shù)，如口徑大于5 m的可展開(kāi)網(wǎng)眼天線或具有形狀記憶功能的聚合體微波天線面；③ 高效率調(diào)制和編碼技術(shù)；④ Ka頻段空間射頻應(yīng)用；⑤ 空間射頻小型化技術(shù)。

在地面段，提高深空遠(yuǎn)距離測(cè)控通信能力的技術(shù)有大口徑天線技術(shù)、天線組陣技術(shù)、大功率發(fā)射機(jī)技術(shù)和制冷接收機(jī)技術(shù)。

(1) 大口徑天線技術(shù)

提高人們與探測(cè)器溝通能力比較快的途徑是在地球上修建更大口徑的天線。我國(guó)正在進(jìn)行FAST射電望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)，它是世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡[12]。另外，我國(guó)正在籌劃新疆奇臺(tái)110 m世界最大的全向可轉(zhuǎn)動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡，工作頻段覆蓋150 MHz～115 GHz，可用于支持深空探測(cè)器的數(shù)據(jù)接收[13]。

(2) 天線組陣

由于體積、結(jié)構(gòu)、加工、重量和安裝等各方面的限制，地面站單個(gè)天線的口徑不可能無(wú)限擴(kuò)大。利用大量較小口徑天線進(jìn)行組陣以增加等效天線口徑是一種可行辦法。NASA在深空探測(cè)任務(wù)中多次采用了天線組陣技術(shù)。比如在旅行者二號(hào)探測(cè)海王星期間，NASA利用國(guó)家射電天文臺(tái)甚大陣的27個(gè)直徑25 m的天線，與戈?duì)柕滤诡D深空站的1個(gè)70 m、2個(gè)34 m天線進(jìn)行組陣，以21.6 kb/s速率接收了從海王星傳回的一些旅行二號(hào)拍攝的高品質(zhì)圖像[14]。

我國(guó)也在積極進(jìn)行天線組陣的技術(shù)驗(yàn)證。在嫦娥工程的CE5-T1任務(wù)中，使用4個(gè)12 m天線接收數(shù)傳信號(hào)，在Eb/N0約為1.3 dB時(shí)，合成效率達(dá)到99.8%。嫦娥工程CE2任務(wù)中，利用VLBI的4個(gè)天線做異地合成實(shí)驗(yàn)，在平均Eb/N0<1 dB時(shí)，合成效率達(dá)到99.23%。對(duì)于大規(guī)模天線組陣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，單個(gè)天線接收信號(hào)十分微弱，這對(duì)信號(hào)合成技術(shù)提出了更高的要求。

在研究實(shí)踐下行天線組陣技術(shù)的同時(shí)，我國(guó)也在積極進(jìn)行上行天線組陣技術(shù)研究及實(shí)踐。更高的上行鏈路的傳輸能力對(duì)于未來(lái)任務(wù)操作很重要，尤其是對(duì)于異常情況下的任務(wù)操作，可以通過(guò)提高發(fā)射功率或研制上行鏈路天線陣的方法解決這個(gè)問(wèn)題。Ka等高頻段上行組陣的技術(shù)困難包括：各天線傳輸路徑中大氣延時(shí)隨時(shí)在變化、天線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的相心變化、電子設(shè)備的時(shí)延變化和各天線間的時(shí)頻同步變化，這些變化的補(bǔ)償精度直接影響上行組陣的空間合成效率和開(kāi)環(huán)持續(xù)工作時(shí)間。上行天線組陣要求時(shí)頻同步精度能夠達(dá)到ps量級(jí)，實(shí)驗(yàn)中達(dá)到了優(yōu)于1 ps的精度要求[15]。

(3) 大功率發(fā)射機(jī)

發(fā)射機(jī)是深空探測(cè)地面站重要的組成部分，是實(shí)現(xiàn)上行能力擴(kuò)展的關(guān)鍵設(shè)備。目前的深空發(fā)射機(jī)，ESA在S及X頻段達(dá)到20 kW輸出功率[16]，俄羅斯在X、C、P頻段的輸出功率分別達(dá)到40 kW、50 kW、200 kW[17]，NASA在S、X頻段最大輸出功率分別可達(dá)400 kW、100 kW，NASA行星雷達(dá)系統(tǒng)X頻段連續(xù)波發(fā)射機(jī)輸出脈沖功率達(dá)到1 MW[18]，日本在S及X頻段達(dá)到40 kW輸出功率[19]。

未來(lái)的深空任務(wù)中，需要5 kW以上的Ka頻段連續(xù)波發(fā)射機(jī)提高上行傳輸能力，需要X頻段350 kW～2 MW功率的應(yīng)急發(fā)令、需要幾MW的脈沖發(fā)射機(jī)來(lái)完成太陽(yáng)系邊界及星際飛行通信。

(4) 制冷接收機(jī)

接收機(jī)前端工作在低溫環(huán)境，能夠有效降低接收系統(tǒng)的噪聲溫度，提高系統(tǒng)的接收能力。目前噪聲最小的器件是行波脈澤放大器(TWM)，它能把沿調(diào)諧紅寶石晶體長(zhǎng)度傳播的信號(hào)放大。TWM中的噪聲取決于寶石晶體的物理溫度，深空網(wǎng)中的這些晶體工作在4.2 K的液氦池中。

目前深空網(wǎng)用的較多的是冷卻到約15 K的高電子遷移率晶體管(HEMT)，雖然指標(biāo)稍差，但將HEMT冷卻到15 K的制冷設(shè)備要比TWM制冷設(shè)備簡(jiǎn)單得多。國(guó)內(nèi)Ka波段整體饋源制冷低溫接收機(jī)噪聲溫度小于45 K[20]。

4結(jié)束語(yǔ)

星際探索任務(wù)具有距離遠(yuǎn)、信號(hào)微弱、任務(wù)時(shí)間長(zhǎng)、工作過(guò)程復(fù)雜、環(huán)境條件復(fù)雜、未知因素多的特點(diǎn)。因?yàn)檫@些特點(diǎn)，對(duì)參與任務(wù)的電子設(shè)備提出了很多苛刻、甚至看上去不可能達(dá)到的要求。正是這些新要求，推動(dòng)了電子技術(shù)在理論、設(shè)計(jì)、材料、工藝、加工和可靠性等各個(gè)方面的發(fā)展，取得原來(lái)不可想象的技術(shù)進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]劉悅.飛的最遠(yuǎn)的旅行者-1[J].國(guó)際太空,2013(11):1-4.

[2]快訊.日本成功回收“隼鳥(niǎo)”號(hào)小行星探測(cè)器的返回艙[J].飛行器測(cè)控學(xué)報(bào),2010,29(3):20-24.

[3]袁崇煥.“隼鳥(niǎo)”歷險(xiǎn)記——日本“隼鳥(niǎo)”號(hào)飛船探測(cè)小行星紀(jì)實(shí)[J].探索,2005(12):15-22.

[4]顧風(fēng).日本“隼鳥(niǎo)”成功著陸[J].決策與信息,2010(8):7.

[5]杭燕玲.飛行器拒絕死亡[J].大自然探索,2002(11):2-5.

[6]張揚(yáng)眉.性能優(yōu)異的美國(guó)“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”[J].國(guó)際太空,2011(11):17-23.

[7]NASA.NASA Technology Roadmaps:Communication and Navigation Final[DB/OL].(2015-05)http://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/2015_nasa_technology_roadmaps_ta_5_communication_navigation.pdf 2015 NASA Technology Roadmaps TA 5.

[8]NASA.NASA Technology Roadmaps:Space Power Energy Storage Final[DB/OL].(2015-05)http://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/2015_nasa_technology_roadmaps_ta_3_space_power_energy_storage.pdf 2015 NASA Technology Roadmaps TA 3.

[9]劉慶會(huì).天馬望遠(yuǎn)鏡在嫦娥三號(hào)測(cè)定軌VLBI觀測(cè)中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué),2015(3):1-9.

[10]NASA.NASA Technology Roadmaps:Modeling Simulation Final[DB/OL].(2015-05) http://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/2015_nasa_technology_roadmaps_ta_3_space_power_energy_storage.pdf 2015 NASA Technology Roadmaps TA 11.

[11]王奔.太陽(yáng)系邊界的探索-記艾德·斯通36年的“旅行者”計(jì)劃心路[J].世界科學(xué),2013(9):48-51.

[12]莊芳.世界最大單口徑“天眼”首個(gè)反射面單元成功拼裝[N].河北日?qǐng)?bào),2015-08-03(1).

[13]王娜.新疆奇臺(tái)110射電望遠(yuǎn)鏡[J].中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué),2014(8):783-794.

[14]BAGRI D S．Pros and Cons of Using Arrays of Small Antennas Versus Large Single-Dish Antennas for the Deep Space Network[R]．IPN PR 42-174,Jet Propulsion Laboratory,Pasadena,California,2008:1-14.

[15]李晶.反饋控制器對(duì)頻標(biāo)傳遞系統(tǒng)的性能研究[J].無(wú)線電工程,2015,45(4):12-15.

[16]MARTIN R,WARHAUT M.ESA′s 35-meter Deep Space Antennas at New Norcia/Western Australia and Cebreros/Spain[C]//Aerospace Conference,2004:1 124-1 133.

[17]李平,張紀(jì)生.俄羅斯深空測(cè)控通信技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀[J].電訊技術(shù),2003(4):1-8.

[18]FREILEY A J,CONROY B L,HOPPE D J.Bhanji A.M.Design Concepts of a 1 MW CW X-band Transmit/Receive System for Planetary Radar[J].Microwave Theory and Techniques,IEEE Transactions on,1992(6):1 047-1 055.

[19]汪桂華.日本深空探測(cè)與深空測(cè)控技術(shù)[J].電訊技術(shù),2003(3):1-5.

[20]王自力,劉敏.Ka頻段低溫接收機(jī)[J].飛行器測(cè)控學(xué)報(bào),2014(3):225-230.

[21]吳偉仁,董光亮,李海濤.深空測(cè)控通信系統(tǒng)工程與技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2013.

耿虎軍男，(1971—)，碩士，研究員，畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)信息與通信工程專業(yè)，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所副總工程師，總裝導(dǎo)彈航天測(cè)控通信專家組專家，全國(guó)“五一”勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)芦@得者。主要研究方向?yàn)楹教鞙y(cè)控專業(yè)，從事航天測(cè)控關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)總體研究。

參加過(guò)多項(xiàng)國(guó)家重大工程的測(cè)控設(shè)備研制工作，包括：載人航天工程、北斗導(dǎo)航工程、嫦娥探月工程、中繼衛(wèi)星工程、風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星工程、風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星工程等，擔(dān)任多個(gè)地面測(cè)控系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)師。獲得國(guó)防科工局“科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)”二等獎(jiǎng)、集團(tuán)公司“科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”特等獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，獲得國(guó)防科技工業(yè)局探月工程三期論證優(yōu)秀個(gè)人稱號(hào)。

引用格式：耿虎軍.星際探索中的電子技術(shù)[J].無(wú)線電工程,2016,46(1):1-7,49

Electronic Technology Throughtout Interstellar Exploration

GENG Hu-jun1,2

(1.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China;

2.CETCKeyLaboratoryofSpaceInformationApplicationTechnology,ShijiazhuangHebei050081,China)

AbstractA variety of deep space explorers are widely enlarging the cognition range of human being.By analyzing the success and failure of several typical deep space exploration activities,this paper summarizes the role of electronic technology in interstellar exploration missions,and analyzes the experiences and revelations from electronic equipment application.The function,the performance,the lifetime and the reliability are the factors determining the success or failure of the interstellar exploration missions.The electronic technology has even become a bottleneck in limiting the exploration capability.Finally,this paper discusses the requirements of electronic technology in future deep space exploration mission.

Key wordselectronic technology;interstellar exploration;deep space TT&C;laser communication;interstellar network

作者簡(jiǎn)介

收稿日期：2015-10-12

中圖分類號(hào)TN923

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1003-3106(2016)01-0001-07

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2016.01.01