劉建軍，蘇彥，左維，任鑫，孔德慶，溫衛(wèi)斌，張洪波，李春來

（1. 中國(guó)科學(xué)院 月球與深空探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；2. 中國(guó)科學(xué)院 國(guó)家天文臺(tái)，北京100101；3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 天文與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100049）

引 言

我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)計(jì)劃在2020年通過一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞和著陸巡視，對(duì)火星開展全球性、綜合性的環(huán)繞探測(cè)，在火星表面開展區(qū)域巡視探測(cè)[1]。我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)科學(xué)目標(biāo)包括：

1）研究火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征。探測(cè)火星全球地形地貌特征，獲取典型地區(qū)的高精度形貌數(shù)據(jù)，開展火星地質(zhì)構(gòu)造成因和演化研究。

2）研究火星表面土壤特征與水冰分布。探測(cè)火星土壤種類、風(fēng)化沉積特征和全球分布，搜尋水冰信息，開展火星土壤剖面分層結(jié)構(gòu)研究。

3）研究火星表面物質(zhì)組成。識(shí)別火星表面巖石類型，探查火星表面次生礦物，開展表面礦物組成分析。

4）研究火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征。探測(cè)火星空間環(huán)境及火星表面氣溫、氣壓、風(fēng)場(chǎng)，開展火星的電離層結(jié)構(gòu)和表面天氣季節(jié)性變化規(guī)律研究。

5）研究火星物理場(chǎng)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。探測(cè)火星磁場(chǎng)特性。開展火星早期地質(zhì)演化歷史及火星內(nèi)部質(zhì)量分布和重力場(chǎng)研究。

為了實(shí)現(xiàn)上述科學(xué)目標(biāo)，環(huán)繞器配置了7種有效載荷，包括中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、環(huán)繞器次表層探測(cè)雷達(dá)、火星礦物光譜分析儀、火星磁強(qiáng)計(jì)、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀；火星車配置了6種有效載荷，包括多光譜相機(jī)、地形相機(jī)、巡視器次表層探測(cè)雷達(dá)、火星表面成分探測(cè)儀、火星表面磁場(chǎng)探測(cè)儀、火星氣象測(cè)量?jī)x。

根據(jù)任務(wù)分工，工程分為探測(cè)器、運(yùn)載火箭、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控和地面應(yīng)用五大系統(tǒng)，在工程總體統(tǒng)一組織下完成工程任務(wù)。地面應(yīng)用系統(tǒng)作為工程五大系統(tǒng)之一，主要負(fù)責(zé)有效載荷運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)接收、處理、管理和組織探測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用與研究，發(fā)揮著重要的作用[2]。

地面應(yīng)用系統(tǒng)是航天工程系統(tǒng)之一，是連接數(shù)據(jù)獲取和應(yīng)用的重要橋梁[3]。在對(duì)地觀測(cè)任務(wù)中，氣象衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星都有相應(yīng)的地面應(yīng)用系統(tǒng)[4-14]。在月球和深空探測(cè)領(lǐng)域，歐州空間局（European Space Agency，ESA，以下簡(jiǎn)稱歐空局）、美國(guó)都建立了相應(yīng)的地面段系統(tǒng)。

為了全面介紹首次火星探測(cè)任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)，本文分析了國(guó)外深空探測(cè)地面段系統(tǒng)的功能布局和我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)的特點(diǎn)；從系統(tǒng)的主要任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)出發(fā)，介紹地面應(yīng)用系統(tǒng)總體布局與組成，分系統(tǒng)主要功能、組成和設(shè)計(jì)。

1 深空探測(cè)地面段系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 國(guó)外深空探測(cè)地面段系統(tǒng)

1）歐空局深空探測(cè)地面段系統(tǒng)

地面段系統(tǒng)和任務(wù)運(yùn)行是宇航任務(wù)的關(guān)鍵元素，對(duì)于保證任務(wù)成功發(fā)揮著關(guān)鍵作用。歐空局發(fā)布了專門針對(duì)地面段和運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)[15]，其規(guī)定的地面段及任務(wù)運(yùn)行的基本規(guī)則、原理和要求已在歐空局宇航項(xiàng)目中得到應(yīng)用。地面段與空間段相對(duì)應(yīng)，包括任務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)、載荷運(yùn)行與數(shù)據(jù)系統(tǒng)、地面站系統(tǒng)和地面通信系統(tǒng)（見圖1）。

圖1 歐空局典型地面段系統(tǒng)組成[15]Fig.1 Ground segment systems of ESA

“火星快車”項(xiàng)目由歐洲空間運(yùn)行中心（European Space Operations Centre，ESOC）的任務(wù)運(yùn)行中心（Mission Operations Centre，MOC）提供地面支持?？茖W(xué)運(yùn)行的組織體系如圖2所示，包括科學(xué)工作團(tuán)隊(duì)（Science Working Team，SWT）、載荷支持團(tuán)隊(duì)（Payload Support Team，PST）、載荷運(yùn)行服務(wù)團(tuán)隊(duì)（Payload Operations Service，POS），軌道器載荷首席專家團(tuán)隊(duì)（Orbiter PI Teams）[16]。

圖2 “火星快車”科學(xué)運(yùn)行界面的整體組織[16]Fig.2 Overall organization of the interfaces for the Mars express science operations

SWT向歐空局提供有關(guān)該任務(wù)的科學(xué)問題，并協(xié)助項(xiàng)目科學(xué)家制定科學(xué)戰(zhàn)略，優(yōu)化“火星快車”的科學(xué)回報(bào)。SWT根據(jù)“火星快車”的科學(xué)需求和科學(xué)目標(biāo)，通過科學(xué)運(yùn)行工作組（Science Operations Working Group，SOWG）建立科學(xué)運(yùn)行的政策、戰(zhàn)略和指導(dǎo)方針。軌道器載荷首席專家團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)在軌測(cè)試期間的載荷監(jiān)視，以及載荷計(jì)劃和指令信息。測(cè)試結(jié)束后，與MOC的交互逐漸減少。由位于歐洲航天技術(shù)中心（European Space Technonlogy Centre ，ESTEC）的PST，以及位于英國(guó)盧瑟福阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室（RPL）的POS，共同完成有效載荷的運(yùn)行管理和科學(xué)數(shù)據(jù)處理與歸檔。

“羅塞塔項(xiàng)目”（Rosetta）地面段概況如圖3所示，包括地面站、任務(wù)運(yùn)行中心（Rosetta Mission Operations Centre，RMOC）、科學(xué)運(yùn)行中心（Rosetta Science Operations Centre，RSOC）、著陸器地面段（Rosetta Lander Ground Segment，RLGS），以及載荷首席專家團(tuán)隊(duì)（Principal Investigators，PIs）[17]。

RMOC位于ESOC，負(fù)責(zé)整個(gè)任務(wù)的監(jiān)視和控制。整個(gè)任務(wù)壽命期間，RMOC為科學(xué)團(tuán)隊(duì)完成科學(xué)數(shù)據(jù)獲取和任務(wù)執(zhí)行提供設(shè)施和服務(wù)。RSOC負(fù)責(zé)進(jìn)行有效載荷的操作控制，支持科學(xué)探測(cè)計(jì)劃和科學(xué)數(shù)據(jù)的快視。RSOC綜合匯總載荷首席專家團(tuán)隊(duì)開展科學(xué)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)注入指令請(qǐng)求，并提交給RMOC。此外，RSOC負(fù)責(zé)科學(xué)數(shù)據(jù)的預(yù)處理和科學(xué)數(shù)據(jù)存檔，提供給科學(xué)團(tuán)隊(duì)使用。RLGS則負(fù)責(zé)支持著陸器的運(yùn)行控制，協(xié)調(diào)著陸器的科學(xué)探測(cè)計(jì)劃和指令請(qǐng)求，提交給RSOC。由RSOC負(fù)責(zé)整合“羅塞塔”的整體科學(xué)運(yùn)行控制計(jì)劃。

圖3 “羅塞塔”地面段概況[17]Fig.3 Rosetta ground segment overview

2）美國(guó)深空探測(cè)地面段系統(tǒng)

美國(guó)國(guó)家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）對(duì)航天科學(xué)使命任務(wù)制定了系統(tǒng)運(yùn)行使用架構(gòu)[18-19]，地面段系統(tǒng)通常包括：地面站點(diǎn)、數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)、使命任務(wù)運(yùn)行管理中心、以及分布式的儀器科學(xué)運(yùn)行中心（Science Operations Center，SOC）等（見圖4）。

“火星全球勘探者”（Mars Global Surveyor，MGS）是由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）的“火星勘探者”飛行控制項(xiàng)目組（Mars Surveyor Flight Operations Project，MSOP）負(fù)責(zé)管理和執(zhí)行飛行控制，同時(shí)它也是火星氣候軌道器和火星極地著陸器運(yùn)行的實(shí)體部門?！翱碧秸摺憋w行操作的特點(diǎn)是通過JPL進(jìn)行遠(yuǎn)程控制來實(shí)現(xiàn)科學(xué)儀器和探測(cè)器運(yùn)行。科學(xué)團(tuán)隊(duì)分布在載荷首席專家、團(tuán)隊(duì)組長(zhǎng)和跨學(xué)科科學(xué)家所在的研究機(jī)構(gòu)。探測(cè)器的運(yùn)行是由位于科羅拉多州丹佛市的洛克希德·馬丁公司負(fù)責(zé)，勘探者探測(cè)器是由其建造和測(cè)試的。MGS項(xiàng)目在JPL執(zhí)行任務(wù)管理、導(dǎo)航定位、數(shù)據(jù)管理分發(fā)和任務(wù)規(guī)劃與指令序列開發(fā)。JPL利用工作站和電子通信鏈路等軟硬件平臺(tái)將科學(xué)家和工程師的任務(wù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)分析活動(dòng)連接起來。下行數(shù)據(jù)則是通過深空通信網(wǎng)（Deep Space Network，DSN）進(jìn)行接收和存儲(chǔ)，并由DSN組裝和上行探測(cè)器的指令信息。MGS飛行操作的顯著特點(diǎn)是分布式的運(yùn)行控制。

在數(shù)據(jù)使用政策方面，MGS項(xiàng)目制定了數(shù)據(jù)權(quán)限策略，規(guī)范了數(shù)據(jù)的使用和對(duì)外發(fā)布政策。載荷PIs對(duì)其科學(xué)儀器的數(shù)據(jù)獲取、復(fù)原、分析、歸檔數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)，以及科學(xué)產(chǎn)出負(fù)首要責(zé)任。MGS項(xiàng)目發(fā)布數(shù)據(jù)到行星數(shù)據(jù)系統(tǒng)（PDS）上的時(shí)間，取決于收集用于產(chǎn)品處理所需數(shù)據(jù)和信息的時(shí)間、生產(chǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的時(shí)間，以及數(shù)據(jù)正確性檢驗(yàn)的時(shí)間，通常默認(rèn)的期限是6個(gè)月[20]。

圖4 NASA科學(xué)使命任務(wù)的系統(tǒng)運(yùn)行使用架構(gòu)示例[19]Fig.4 System operational concept of NASA science missions

綜合ESA和NASA深空探測(cè)地面段系統(tǒng)的分析，其功能布局特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

1）地面段系統(tǒng)通常包括任務(wù)運(yùn)行中心和科學(xué)運(yùn)行中心，前者類似我國(guó)火星探測(cè)任務(wù)測(cè)控系統(tǒng)，后者與地面應(yīng)用系統(tǒng)類似。

2）地面段系統(tǒng)具有統(tǒng)一的、集中的數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)，制定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

3）載荷首席專家團(tuán)隊(duì)屬于地面段系統(tǒng)。在ESA有效載荷運(yùn)行管理是相對(duì)集中的，通過統(tǒng)一的平臺(tái)為載荷首席專家團(tuán)隊(duì)提供支持和運(yùn)行服務(wù)；而NASA采取分布式的運(yùn)行控制，由載荷首席專家團(tuán)隊(duì)所在單位的儀器科學(xué)運(yùn)行中心SOC完成載荷管理。

4）深空數(shù)據(jù)下傳方面，一方面通過天線組陣，提高器地?cái)?shù)傳碼數(shù)率；另一方面通過地面站全球布局或國(guó)際合作，增加器地?cái)?shù)傳時(shí)間，共同提升器地?cái)?shù)傳能力。

1.2 我國(guó)火星探測(cè)任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)特點(diǎn)

相比探月工程和對(duì)地觀測(cè)任務(wù)，我國(guó)火星探測(cè)地面應(yīng)用系統(tǒng)有一些新的特點(diǎn)和難點(diǎn)。

1）器地?cái)?shù)傳距離增大，數(shù)傳能力要求更高?；鹦翘綔y(cè)器距地球最遠(yuǎn)距離達(dá)4億km，與探月工程地月最遠(yuǎn)距離40萬km相比，地火距離是地月距離的1 000倍。信號(hào)傳輸?shù)目臻g衰減從地月距離21 dB增大到81 dB，空間衰減增加了60 dB，需要利用天線組陣接收才能滿足首次火星探測(cè)的數(shù)傳任務(wù)要求。

2）地面運(yùn)行管理復(fù)雜程度提高。有效載荷運(yùn)行管理方面，有效載荷類型多，探測(cè)方式多樣。首次火星探測(cè)任務(wù)共配置13臺(tái)有效載荷，其中環(huán)繞器7臺(tái)有效載荷，火星車6臺(tái)有效載荷，既有環(huán)繞器遙感探測(cè)，又有火星車的巡視探測(cè)。火星科學(xué)探測(cè)受軌道變化，太陽高度角變化和數(shù)傳能力的約束，特別是火星車有效載荷探測(cè)數(shù)據(jù)由環(huán)繞器中繼下傳，且地火單程數(shù)傳時(shí)間延遲最長(zhǎng)約22 min，與探月工程、對(duì)地觀測(cè)有效載荷運(yùn)行管理都存在較大差異。如何進(jìn)行科學(xué)探測(cè)任務(wù)規(guī)劃，在有限探測(cè)時(shí)間內(nèi)獲得更多的科學(xué)數(shù)據(jù)，需要開展火星科學(xué)探測(cè)任務(wù)設(shè)計(jì)和仿真，合理規(guī)劃整個(gè)任務(wù)期間的有效載荷工作模式。地面系統(tǒng)運(yùn)行管理方面，涉及多天線組陣的運(yùn)行管理和信號(hào)合成，也增大了任務(wù)難度和復(fù)雜度。

3）對(duì)火星先驗(yàn)知識(shí)的缺乏，數(shù)據(jù)處理和反演難度加大。作為我國(guó)首個(gè)自主火星探測(cè)工程，對(duì)火星的了解，僅限于國(guó)外資料。由于缺乏先驗(yàn)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，新研有效載荷的地面科學(xué)驗(yàn)證試驗(yàn)、探測(cè)數(shù)據(jù)處理和解譯方面幾乎還處于起步階段，需要有針對(duì)性開展相關(guān)研究。對(duì)于環(huán)繞器次表層探測(cè)雷達(dá)、火星磁強(qiáng)計(jì)、火星表面成分探測(cè)儀、火星表面磁場(chǎng)探測(cè)儀等有效載荷，科學(xué)探測(cè)特色鮮明，但數(shù)據(jù)處理沒有先驗(yàn)知識(shí)，數(shù)據(jù)標(biāo)校、驗(yàn)證、處理和反演難度大。

2 地面應(yīng)用系統(tǒng)任務(wù)要求和總體布局

2.1 主要任務(wù)

首次火星探測(cè)工程地面應(yīng)用系統(tǒng)的任務(wù)是負(fù)責(zé)有效載荷在軌科學(xué)探測(cè)計(jì)劃制定、在軌運(yùn)行管理，科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)的接收、處理、解譯和管理，組織開展科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用和研究。主要包括：

1）根據(jù)科學(xué)探測(cè)任務(wù)，研究提出有效載荷配置需求。

2）組織開展有效載荷地面科學(xué)驗(yàn)證試驗(yàn)，評(píng)估科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3）制定科學(xué)探測(cè)計(jì)劃和有效載荷運(yùn)行計(jì)劃，監(jiān)視有效載荷在軌運(yùn)行狀態(tài)，編制有效載荷控制指令和注入數(shù)據(jù)，完成有效載荷在軌運(yùn)行管理。

4）接收科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)，完成本地存儲(chǔ)和備份。

5）完成科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)的接收、處理、解譯和管理，組織開展科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用和研究。

6）受工程總體委托，管理科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)并按規(guī)定分發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)上述任務(wù)要求，地面應(yīng)用系統(tǒng)必須具備以下功能和性能：

1）運(yùn)行管理要求。對(duì)各分系統(tǒng)應(yīng)用軟件、服務(wù)器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)地面站主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視。

對(duì)有效載荷進(jìn)行在軌狀態(tài)監(jiān)視。

制定有效載荷在軌探測(cè)計(jì)劃，編制有效載荷控制指令和注入數(shù)據(jù)，完成有效載荷在軌運(yùn)行管理。

2）數(shù)據(jù)接收要求。工作頻率：X頻段；調(diào)制體制：BPSK，碼型NRZ-L；編碼方式：RS（255，223）+ 偽隨機(jī)化 + 卷積（7，1/2）級(jí)聯(lián)碼，LDPC編碼 + 偽隨機(jī)化，可切換；碼速率（信道編碼后）：16、32、64、128、256、512、1 024、2 048及4 096 kbps；G/T值：50 m天線 ≥ 50.6 dB/K（E ≥ 10°）；40 m天線≥ 49.0 dB/K（E ≥ 10°）；天線組陣 ≥ 55.0 dB/K（E ≥ 10°）；接收誤碼率：＜ 1 × 10-6。

3）數(shù)據(jù)處理要求。根據(jù)各有效載荷的數(shù)據(jù)性質(zhì)和科學(xué)探測(cè)要求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成0級(jí)、1級(jí)、2級(jí)等三級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

4）數(shù)據(jù)管理要求。建立各級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品存儲(chǔ)、歸檔、備份和發(fā)布的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，在線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力不小于60 TB。

5）科學(xué)目標(biāo)研究要求。圍繞5大科學(xué)目標(biāo)，利用科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)，組織開展科學(xué)數(shù)據(jù)的應(yīng)用和研究。

2.3 總體布局與組成

首次火星探測(cè)任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)的總體架構(gòu)充分繼承探月工程前期的基礎(chǔ)，根據(jù)任務(wù)要求設(shè)置5個(gè)分系統(tǒng)，包括運(yùn)行管理分系統(tǒng)（OMS）、數(shù)據(jù)接收分系統(tǒng)（DAS）、數(shù)據(jù)預(yù)處理分系統(tǒng)（DPS）、數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)（DMS）和科學(xué)應(yīng)用與研究分系統(tǒng)（SAS）（見圖5）。

其中，總部位于北京市朝陽區(qū)大屯路的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)房、運(yùn)行控制大廳、遙科學(xué)探測(cè)實(shí)驗(yàn)室和相應(yīng)的軟硬件設(shè)備，主要負(fù)責(zé)火星探測(cè)任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理和探測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究。

在第二天的“嘉賓報(bào)告環(huán)節(jié)”，機(jī)械工業(yè)信息研究院李奇院長(zhǎng)首先致歡迎辭，表達(dá)了對(duì)來會(huì)嘉賓的熱情歡迎和對(duì)中國(guó)制造業(yè)發(fā)展未來的期盼。李院長(zhǎng)特別指出，在今年這個(gè)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的坐標(biāo)年——改革開放40周年的節(jié)點(diǎn)上，回望中國(guó)制造從小到大不斷崛起繁榮之路，不能不感慨萬千。這讓我們深刻地認(rèn)識(shí)到中國(guó)制造有了進(jìn)一步向智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的迭代能力，也堅(jiān)定了向制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的自信心。

數(shù)據(jù)接收分系統(tǒng)由3個(gè)地面站組成，負(fù)責(zé)火星探測(cè)數(shù)據(jù)接收：①密云地面站，位于北京市密云區(qū)不老屯鎮(zhèn)，包括一面GRAS-1天線（口徑為50 m）、一面GRAS-3天線（口徑為40 m）及其相應(yīng)的軟硬件設(shè)備；②昆明地面站，位于云南省昆明市鳳凰山的國(guó)家天文臺(tái)所屬云南天文臺(tái)，包括一面GRAS-2天線（口徑為40 m）及其相應(yīng)軟硬件設(shè)備；③武清地面站，位于天津市武清區(qū)大良鎮(zhèn)，新建一面GRAS-4天線（口徑70 m）及其相應(yīng)軟硬件設(shè)備。

3 地面應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)地面應(yīng)用系統(tǒng)的任務(wù)分解，結(jié)合火星探測(cè)任務(wù)特點(diǎn)，分別對(duì)5個(gè)分系統(tǒng)的主要功能、組成和設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。

3.1 運(yùn)行管理分系統(tǒng)

3.1.1 主要功能

運(yùn)行管理分系統(tǒng)的主要功能包括環(huán)繞器和火星車有效載荷運(yùn)行管理、地面應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行調(diào)度兩個(gè)方面的內(nèi)容。

1）有效載荷運(yùn)行管理

①巡視探測(cè)區(qū)三維場(chǎng)景再現(xiàn)、探測(cè)點(diǎn)選擇和參加巡視器的遙操作；

②有效載荷遙科學(xué)探測(cè)任務(wù)的仿真分析及規(guī)劃；

③有效載荷探測(cè)計(jì)劃制定、上行控制指令與注入數(shù)據(jù)的生成；

2）地面應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行調(diào)度

①探測(cè)計(jì)劃制定；

②業(yè)務(wù)計(jì)劃制定與調(diào)度；

③業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；

④系統(tǒng)仿真測(cè)試。

3.1.2 分系統(tǒng)組成

根據(jù)分系統(tǒng)的功能需求，運(yùn)行管理分系統(tǒng)設(shè)置了兩個(gè)配置項(xiàng)：①運(yùn)行管理應(yīng)用軟件配置項(xiàng)，包括業(yè)務(wù)運(yùn)行管理子系統(tǒng)軟件、有效載荷運(yùn)行管理子系統(tǒng)軟件和任務(wù)規(guī)劃與遙科學(xué)探測(cè)輔助子系統(tǒng)軟件，是涉及業(yè)務(wù)運(yùn)行相關(guān)功能軟部件的集合，用于完成業(yè)務(wù)運(yùn)行期間的有效載荷運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、地面運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)接口測(cè)試、運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、火星車遙科學(xué)探測(cè)操作和地面驗(yàn)證等相關(guān)功能；②運(yùn)行管理應(yīng)用硬件配置項(xiàng)，包括業(yè)務(wù)整合服務(wù)器及仿真測(cè)試服務(wù)器、三維信息采集與輸入設(shè)備、多通道立體投影顯示平臺(tái)和大屏幕顯示系統(tǒng)，是業(yè)務(wù)運(yùn)行管理的關(guān)鍵硬件設(shè)備的集合。

3.1.3 針對(duì)火星任務(wù)的分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)火星探測(cè)有效載荷運(yùn)行管理的特點(diǎn)，采用基于C/S架構(gòu)的分布式處理、集中式監(jiān)控模式，業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)如圖6所示。

通過提供客戶端軟件人機(jī)界面，以探測(cè)器系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)的輸入為約束，引入工程總體、首席科學(xué)家和載荷專家，共同完成科學(xué)計(jì)劃的設(shè)計(jì)，作為運(yùn)行的長(zhǎng)期探測(cè)計(jì)劃。在此基礎(chǔ)上，地面應(yīng)用系統(tǒng)生成中短期業(yè)務(wù)運(yùn)行計(jì)劃，調(diào)度各分系統(tǒng)運(yùn)行。

設(shè)置任務(wù)規(guī)劃與遙科學(xué)探測(cè)輔助子系統(tǒng)，建立遙科學(xué)探測(cè)仿真平臺(tái)，對(duì)火星軌道和火星表面環(huán)境進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)任務(wù)實(shí)施前的計(jì)劃推演，任務(wù)實(shí)施過程中的狀態(tài)監(jiān)視和任務(wù)實(shí)施后的任務(wù)演示功能。建立沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)遙操作人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)火星表面特定地點(diǎn)的三維顯示，進(jìn)行遙科學(xué)探測(cè)任務(wù)的仿真分析和規(guī)劃，輔助火星車有效載荷指令和計(jì)劃仿真與制定。

3.2 數(shù)據(jù)接收分系統(tǒng)

3.2.1 主要功能

數(shù)據(jù)接收分系統(tǒng)的主要功能包括：

①依據(jù)業(yè)務(wù)運(yùn)行計(jì)劃，接收數(shù)傳信道的下行數(shù)據(jù)；

②將接收到的探測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到總部；

③將收到的探測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行本地存儲(chǔ)。

3.2.2 分系統(tǒng)組成

地面應(yīng)用系統(tǒng)提供探測(cè)器數(shù)傳下行接收的通道。數(shù)據(jù)接收分系統(tǒng)由北京密云、云南昆明和天津武清站3個(gè)地面接收站4面天線組成。密云站GRAS-1天線、GRAS-3天線，昆明站GRAS-2和武清站GRAS-4天線可采用單天線單獨(dú)工作，也可采用多天線組合模式工作，進(jìn)行信號(hào)合成，提高接收能力。

數(shù)據(jù)接收分系統(tǒng)由天伺饋、高頻信號(hào)接收、信號(hào)合成、解調(diào)與基帶信號(hào)處理、地面站任務(wù)管理、站時(shí)統(tǒng)、測(cè)試標(biāo)校、運(yùn)行保障等8個(gè)子系統(tǒng)組成。

圖6 運(yùn)行管理業(yè)務(wù)流程示意圖Fig.6 Workflow chart of operational management

3.2.3 針對(duì)火星任務(wù)的分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)器地距離、數(shù)傳能力和數(shù)據(jù)接收的實(shí)際需要，數(shù)據(jù)接收分系統(tǒng)設(shè)置多站單天線接收和多站天線組陣接收等工作模式，設(shè)置信號(hào)合成子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多站天線組陣接收，進(jìn)行天線組陣信號(hào)合成，實(shí)現(xiàn)更高的等效G/T值，提升接收能力。

1）多站單天線接收工作流程。當(dāng)至少有兩面天線滿足單天線解調(diào)條件時(shí)，采用多站單天線數(shù)據(jù)接收工作流程。地面站任務(wù)管理子系統(tǒng)控制各設(shè)備處于任務(wù)狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行管理分系統(tǒng)事先提供的探測(cè)器預(yù)報(bào)軌道坐標(biāo)，控制地面站天線指向。探測(cè)器下傳X頻段信號(hào)經(jīng)天線接收后，送入接在天線饋源輸出口的低噪聲放大器，信號(hào)經(jīng)低噪聲放大、下變頻、BPSK解調(diào)、幀同步、解擾、譯碼后，形成以幀為單位的幀數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)往地面應(yīng)用系統(tǒng)總部。與此同時(shí)，解調(diào)輸出的幀數(shù)據(jù)存入本地磁盤陣列（見圖7）。

圖7 多站單天線接收工作流程圖Fig.7 Workflow chart of multi-station single antenna reception

2）多站天線組陣接收工作流程。當(dāng)器地?cái)?shù)傳能力不滿足單天線解調(diào)條件時(shí)，啟動(dòng)多站天線組陣工作流程。運(yùn)行管理分系統(tǒng)根據(jù)探測(cè)器預(yù)報(bào)軌道狀態(tài)和探測(cè)任務(wù)需求，調(diào)度相應(yīng)地面站天線進(jìn)入天線組陣模式。地面站任務(wù)管理軟件根據(jù)OMS計(jì)劃控制本站設(shè)備處于任務(wù)狀態(tài)。探測(cè)器下傳X頻段信號(hào)經(jīng)天線接收后，送入接在天線饋源輸出口的低噪聲放大器，信號(hào)經(jīng)低噪聲放大、下變頻，經(jīng)檢前信號(hào)采集與分發(fā)設(shè)備處理后，經(jīng)由專用網(wǎng)絡(luò)將檢前數(shù)據(jù)發(fā)往位于地面應(yīng)用系統(tǒng)總部的組陣信號(hào)合成和解調(diào)設(shè)備，完成信號(hào)合成、解調(diào)、幀同步、解擾、譯碼后，形成以幀為單位的幀數(shù)據(jù)，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)發(fā)給OMS分系統(tǒng)。與單天線接收工作流程相比，多站天線組陣工作流程增加了檢前數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)合成兩個(gè)環(huán)節(jié)（見圖8）。

通過新建武清站GRAS-4天線，與密云站GRAS-1天線、GRAS-3天線進(jìn)行組陣接收，G/T值由單面50 m天線50.6 dB/K（E ≥ 10°）和40 m天線49.0 dB/K（E ≥ 10°），提升至55.4 dB/K（E ≥ 10°），合成損失小于0.5 dB，滿足火星探測(cè)任務(wù)數(shù)傳要求。

3.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理分系統(tǒng)

3.3.1 主要功能

數(shù)據(jù)預(yù)處理分系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理探測(cè)器下傳的科學(xué)數(shù)據(jù)，生成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，為科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)支持。主要功能包括：

1）根據(jù)有效載荷數(shù)據(jù)接口和數(shù)傳格式，實(shí)現(xiàn)科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)及其相關(guān)輔助數(shù)據(jù)的格式解譯；

圖8 多站天線組陣接收工作流程圖Fig.8 Workflow chart of multi-station antenna array Reception

2）根據(jù)有效載荷的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和科學(xué)研究要求，開展定標(biāo)處理、幾何定位處理，生成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品；

3）研制支撐算法研究和產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件，為科學(xué)研究提供支持。

3.3.2 分系統(tǒng)組成

預(yù)處理分系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)據(jù)預(yù)處理工程化軟件配置項(xiàng)和一個(gè)數(shù)據(jù)預(yù)處理硬件配置項(xiàng)。軟件配置項(xiàng)用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)度，包括0級(jí)、1級(jí)、2級(jí)數(shù)據(jù)處理和預(yù)處理算法研究驗(yàn)證功能，硬件配置項(xiàng)是軟件運(yùn)行的支撐平臺(tái)。預(yù)處理工程化軟件主要功能包括：①數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)度的功能；②0級(jí)數(shù)據(jù)處理功能，完成有效載荷科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)及其相關(guān)輔助數(shù)據(jù)的格式解譯；③1級(jí)數(shù)據(jù)處理功能，完成各有效載荷參數(shù)物理量的轉(zhuǎn)換、火星探測(cè)器軌道與姿態(tài)數(shù)據(jù)處理功能，并以探測(cè)周期為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)組織；④2級(jí)數(shù)據(jù)處理功能，完成定標(biāo)、幾何定位和高分辨率相機(jī)、中分辨率相機(jī)圖像幾何粗糾正功能處理；⑤預(yù)處理算法仿真與驗(yàn)證功能，完成數(shù)據(jù)模擬，并可以通過“可插拔”的方式實(shí)現(xiàn)算法的靈活設(shè)計(jì)，完成預(yù)處理算法的研究和升級(jí)。

3.3.3 針對(duì)火星任務(wù)的分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)火星探測(cè)任務(wù)的需求以及科學(xué)數(shù)據(jù)的定義，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)預(yù)處理流程，具體流程如圖9所示。

圖9 數(shù)據(jù)預(yù)處理工作流程Fig.9 Workflow chart of data preprocessing

針對(duì)火星先驗(yàn)知識(shí)缺乏，數(shù)據(jù)處理難的問題，設(shè)計(jì)建立數(shù)據(jù)處理算法驗(yàn)證平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)載荷探測(cè)數(shù)據(jù)模擬和算法的靈活設(shè)計(jì)。利用地面模擬試驗(yàn)形成的處理算法，在驗(yàn)證平臺(tái)上進(jìn)行算法正確性驗(yàn)證，形成算法庫。

數(shù)據(jù)預(yù)處理工程化軟件制定統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，支持符合接口標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)庫的加載和刪除。按照“可插拔”的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，經(jīng)過驗(yàn)證后的算法庫，按照標(biāo)準(zhǔn)接口調(diào)用，執(zhí)行數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)。

3.4 數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)

3.4.1 主要功能

數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)的主要功能包括：①提供探測(cè)數(shù)據(jù)接收、傳輸、處理、存檔和發(fā)布數(shù)據(jù)所需的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源和運(yùn)行環(huán)境，包括總部業(yè)務(wù)運(yùn)行與仿真測(cè)試、總部數(shù)據(jù)發(fā)布與信息服務(wù)平臺(tái)、密云站業(yè)務(wù)運(yùn)行與災(zāi)備平臺(tái)、武清站業(yè)務(wù)運(yùn)行平臺(tái)和昆明站業(yè)務(wù)運(yùn)行平臺(tái)；②負(fù)責(zé)HX-1探測(cè)任務(wù)所有新生數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與歸檔管理、備份與恢復(fù)；③建立數(shù)據(jù)容災(zāi)備份系統(tǒng)，保障數(shù)據(jù)的安全；④建立所有數(shù)據(jù)及產(chǎn)品的信息發(fā)布系統(tǒng)，提供授權(quán)產(chǎn)品的公眾檢索查詢、瀏覽及下載服務(wù)；⑤建立多個(gè)運(yùn)行場(chǎng)所的局域網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)和語音指揮調(diào)度通信鏈路。

3.4.2 分系統(tǒng)組成

根據(jù)任務(wù)需求，數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)將在探月工程任務(wù)的基礎(chǔ)之上，依據(jù)HX-1探測(cè)的特點(diǎn)及任務(wù)的執(zhí)行周期，在原有的系統(tǒng)之上進(jìn)行適應(yīng)性改造，在優(yōu)先保證系統(tǒng)適用性和效率的同時(shí)，最大限度地利用已有資源。

根據(jù)主要職能及部署區(qū)域的不同，數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)平臺(tái)、火星數(shù)據(jù)歸檔與管理、火星空間數(shù)據(jù)庫及地圖發(fā)布、火星數(shù)據(jù)發(fā)布與信息服務(wù)等4個(gè)子系統(tǒng)組成。

3.4.3 針對(duì)火星任務(wù)的分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在整個(gè)地面應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程中，數(shù)據(jù)管理的業(yè)務(wù)流程主要涉及探測(cè)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品的歸檔、存儲(chǔ)、管理、備份、發(fā)布（見圖10）。設(shè)計(jì)服務(wù)于載荷運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)處理和管理的內(nèi)網(wǎng)平臺(tái)，服務(wù)于數(shù)據(jù)發(fā)布和共享的外網(wǎng)平臺(tái)。

圖10 數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)流程圖Fig.10 Workflow chart of data management

為了方便數(shù)據(jù)的使用和共享，對(duì)火星探測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的格式進(jìn)行定義?？茖W(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品分為2種格式。其中：0級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品采用二進(jìn)制文件格式存儲(chǔ)；1級(jí)和2級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品按照行星數(shù)據(jù)系統(tǒng)PDS4.0的規(guī)范進(jìn)行存儲(chǔ)。1級(jí)、2級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品由數(shù)據(jù)標(biāo)簽和數(shù)據(jù)對(duì)象組成，數(shù)據(jù)標(biāo)簽用于描述數(shù)據(jù)對(duì)象內(nèi)容和格式，數(shù)據(jù)對(duì)象用于存儲(chǔ)各個(gè)載荷的探測(cè)數(shù)據(jù)。

一個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品包含一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)簽，獨(dú)立存儲(chǔ)為xml文件，在數(shù)據(jù)標(biāo)簽中可詳細(xì)說明數(shù)據(jù)產(chǎn)品的特性、級(jí)聯(lián)信息、觀測(cè)信息以及與探測(cè)任務(wù)相關(guān)的屬性；數(shù)據(jù)對(duì)象采用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)各載荷的探測(cè)數(shù)據(jù)，主要包括數(shù)組結(jié)構(gòu)（Array）和表格結(jié)構(gòu)（Table）兩種。數(shù)組結(jié)構(gòu)主要用來存儲(chǔ)具有相同屬性信息的二維或三維數(shù)組數(shù)據(jù)，例如圖像數(shù)據(jù)、光譜數(shù)據(jù)；表格結(jié)構(gòu)用來存儲(chǔ)具有不同屬性信息的表格數(shù)據(jù)，例如空間環(huán)境探測(cè)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)發(fā)布方面，根據(jù)2016年國(guó)家航天局印發(fā)《月球與深空探測(cè)工程科學(xué)數(shù)據(jù)管理辦法》，探月與航天工程中心對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)施管理，地面應(yīng)用系統(tǒng)是業(yè)務(wù)支撐單位。地面應(yīng)用系統(tǒng)主要職責(zé)是根據(jù)探月與航天工程中心技術(shù)評(píng)議情況，完成相應(yīng)科學(xué)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備和發(fā)放；在接收到原始探測(cè)數(shù)據(jù)后，經(jīng)為期5～6個(gè)月的數(shù)據(jù)處理周期，形成首批科學(xué)數(shù)據(jù)；在首批科學(xué)數(shù)據(jù)形成后，科學(xué)載荷單機(jī)及以上的研制單位，經(jīng)技術(shù)評(píng)議后可使用該載荷全部級(jí)別的科學(xué)數(shù)據(jù)，其他用戶經(jīng)技術(shù)評(píng)議后可以使用1、2級(jí)科學(xué)數(shù)據(jù)；在首批數(shù)據(jù)處理期滿12個(gè)月后，結(jié)合數(shù)據(jù)發(fā)布和研究等情況，探月與航天工程中心確定公開的科學(xué)數(shù)據(jù)種類。

3.5 科學(xué)應(yīng)用與研究分系統(tǒng)

3.5.1 主要功能

科學(xué)應(yīng)用與研究分系統(tǒng)的主要功能包括：①在科學(xué)目標(biāo)的指導(dǎo)下，為探測(cè)器科學(xué)計(jì)劃的制定、科學(xué)儀器的工作模式和探測(cè)計(jì)劃確定提供指導(dǎo)性數(shù)據(jù)；②評(píng)估科學(xué)數(shù)據(jù)質(zhì)量，進(jìn)行應(yīng)用數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)和探測(cè)數(shù)據(jù)的解譯工作。

3.5.2 分系統(tǒng)組成

根據(jù)分系統(tǒng)的任務(wù)要求，分系統(tǒng)設(shè)置了科學(xué)計(jì)劃制定、科學(xué)驗(yàn)證試驗(yàn)與數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、科學(xué)目標(biāo)專題研究等三個(gè)子系統(tǒng)，在工程實(shí)施不同階段完成相應(yīng)的任務(wù)。

在發(fā)射前，根據(jù)科學(xué)目標(biāo)，編制科學(xué)計(jì)劃；開展有效載荷地面科學(xué)驗(yàn)證試驗(yàn)，制定出科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

在軌測(cè)試期間，對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，判斷其是否滿足科學(xué)目標(biāo)的要求，據(jù)此進(jìn)行科學(xué)計(jì)劃的適度修改和重新制定。

在科學(xué)探測(cè)期間，利用預(yù)處理數(shù)據(jù)產(chǎn)品，完成工程所規(guī)定的數(shù)據(jù)處理和解譯任務(wù)，用于支持火星探測(cè)任務(wù)的科學(xué)研究。

3.5.3 針對(duì)火星任務(wù)的分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)缺乏火星先驗(yàn)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，新研有效載荷的地面科學(xué)驗(yàn)證試驗(yàn)、探測(cè)數(shù)據(jù)處理和解譯方面幾乎還處于起步階段，需要有針對(duì)性開展專題研究。

1）科學(xué)計(jì)劃制定：根據(jù)科學(xué)目標(biāo)，對(duì)探測(cè)器軌道、有效載荷工作模式和測(cè)控系統(tǒng)測(cè)定軌提出工作需求，制定環(huán)繞器遙感探測(cè)和火星表面巡視探測(cè)的科學(xué)計(jì)劃；與相關(guān)科學(xué)探測(cè)儀器研制單位協(xié)作，進(jìn)行地面模擬和仿真計(jì)算，分析有效載荷探測(cè)效果，提出有效載荷探測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)估方法。

2）地面科學(xué)驗(yàn)證試驗(yàn)：主要利用仿真分析平臺(tái)，模擬火星樣品和類似火星環(huán)境，開展地面真實(shí)性檢驗(yàn)。包括驗(yàn)證試驗(yàn)大綱和細(xì)則的制定，開展驗(yàn)證試驗(yàn)、對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和評(píng)價(jià)，進(jìn)而達(dá)到驗(yàn)證目的等一系列過程。在探測(cè)器發(fā)射前，全面了解科學(xué)探測(cè)儀器的性能指標(biāo)、定標(biāo)精度、數(shù)據(jù)處理流程與方法、科學(xué)目標(biāo)可實(shí)現(xiàn)程度等，為有效載荷技術(shù)狀態(tài)確定提供支持，為探測(cè)數(shù)據(jù)的獲取和數(shù)據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量分析提供依據(jù)。

3）科學(xué)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估：在軌測(cè)試期間，評(píng)估有效載荷科學(xué)數(shù)據(jù)的可用性，主要包括檢驗(yàn)下行科學(xué)數(shù)據(jù)格式是否正確、檢驗(yàn)科學(xué)數(shù)據(jù)是否有效和檢驗(yàn)科學(xué)數(shù)據(jù)是否達(dá)到探測(cè)指標(biāo)等內(nèi)容。通過對(duì)有效載荷科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，可以了解數(shù)據(jù)的質(zhì)量情況，為后期數(shù)據(jù)的處理、科學(xué)研究與應(yīng)用提供參考依據(jù)。

4）科學(xué)目標(biāo)專題研究：通過技術(shù)協(xié)調(diào)會(huì)和研討會(huì)的形式，組織有效載荷專家、火星科學(xué)家，開展科學(xué)目標(biāo)專題研究。圍繞首次火星探測(cè)任務(wù)科學(xué)目標(biāo)，開展著陸區(qū)選擇研究，從火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質(zhì)組成、火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征和火星物理場(chǎng)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究等5個(gè)方面，完成科學(xué)目標(biāo)可實(shí)現(xiàn)程度分析。

4 結(jié)束語

首次火星探測(cè)任務(wù)將于2020年通過一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞和著陸巡視探測(cè)，工程難度大，地面應(yīng)用系統(tǒng)也將面臨諸多新的挑戰(zhàn)。針對(duì)新的任務(wù)特點(diǎn)，地面應(yīng)用系統(tǒng)目前已經(jīng)完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，正在開展軟硬件的研制建設(shè)和科學(xué)目標(biāo)相關(guān)研究。通過未來2年左右的建設(shè)，將完成運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)管理和科學(xué)應(yīng)用與研究等5個(gè)分系統(tǒng)的研制，為圓滿完成首次火星探測(cè)既定任務(wù)，取得最大的社會(huì)效益和科學(xué)產(chǎn)出提供支撐。