中央紀委國家監委網站 于露
“‘天問一號’要給火星拜年啦！”截至2月3日，我國首次火星探測任務“天問一號”探測器總飛行里程已超過4.5億公里，預計將于2月10日左右（即除夕前后）進行近火制動（俗稱“剎車”），開啟環繞火星之旅。
目前，火星距離地球約1.9億公里。“天問一號”要保持和地面的聯系暢通、順利執行相關任務，離不開它的好幫手、我國首個深空天線組陣系統的幫助。
夜空下的喀什深空站天線組陣系統（來源：“我們的太空”官微）
經過近兩年的建設，該系統已在西安衛星測控中心喀什深空站正式建成，并在去年底正式啟用，參與了“天問一號”“嫦娥四號”“嫦娥五號”等多項任務。
該系統新建的3座35米口徑天線與喀什深空站原有的1座35米天線組成4*35米的深空天線組陣系統，提高了地面系統對深空探測器下行數據的接收能力，為我國執行各類深空探測任務提供有力測控支持。
測控天線究竟有什么用？組陣系統到底有哪些優勢？從事深空測控工作感觸最深的是什么？帶著相關問題，記者日前專訪了北京跟蹤與通信技術研究所研究員李海濤，他是我國深空測控系統的主要設計者之一，也是“嫦娥四號”和“天問一號”的測控系統總設計師。
從“嫦娥一號”到“嫦娥五號”，各項任務測控系統的設計與任務實施，李海濤均參與其中，并榮獲“嫦娥三號任務突出貢獻者”稱號。
記者：測控天線的工作原理是怎樣的？它在深空探測中主要發揮什么作用？
李海濤：測控天線主要是實現無線電波的能量匯聚，通過拋物面天線面獲得有效接收面積。面積越大，匯聚的能量就越多，天線的增益也就越高，或者說性能就越好。在測控實施過程中，無論是向航天器發射信號還是接收航天器發射的信號，都是通過地面測控天線來完成的。比如，深空測控站的35米天線，就能夠接收遙遠深空探測器發送的下行信號，天線接收到信號后經過放大和變頻，然后送到基帶設備進行處理，解調出有用的信息；反之，基帶產生的控制指令信號經過上變頻和高功率放大之后，經過35米天線輻射出去，發送到航天器。
可以說，大口徑天線是深空測控系統的核心關鍵部件，是系統的“頭”，信號的進出都要經過這個“頭”，核心任務是完成信號和電磁輻射的轉換。
記者：測控天線的性能取決于哪些因素？是越大越就越好嗎？
李海濤：測控天線的增益指標主要由天線口徑決定，口徑越大理論的增益也就越大，但口徑越大天線的支撐結構也就越復雜，重量也越重，造價也更高，也導致天線轉動的速度會更慢。同時，隨著天線口徑的增大，其波束寬度與天線口徑成反比，也就會變得越窄，天線指向目標的精度要求也就越高。
因此，不是說越大越好，要根據實際需求折衷考慮。測控天線對轉速和跟蹤指向精度都有要求，必須要保證天線能夠準確指向需要跟蹤的衛星或深空探測器，并保持連線的跟蹤。這也是深空測控的天線最大只有70米，更強的接收能力要依靠多天線組陣來實現更大的等效口徑的原因。
記者：深空天線組陣系統和單個大口徑測控天線相比，具有哪些突出優勢？
李海濤：天線組陣技術是利用分布在不同地方多個的天線組成天線陣列，接收來自同一深空探測器發送的信號，并將來自各個天線的接收信號進行合成，從而獲得所需的高信噪比接收信號，是探測器高增益天線故障或進入安全模式時下行接收的有效解決方案，也是未來深空測控通信技術的一個重要發展方向。
天線組陣可以增加口徑效率，能夠超過現有的最大口徑天線，在需要的時候為某個任務提供支持；提供了更高的系統可用性、維護的靈活性和工作的可靠性，常規的預防性維護可以在輪換使用不同天線的基礎上實現，使系統能全時全功能工作；還可以提高系統的可操作性和計劃的靈活性，根據不同任務的需求設計不同的組陣方案和工作計劃安排。此外，天線組陣可以通過使用更小口徑的天線來實現降低成本，并減少用于備件的費用。
工作中的天線組陣系統（來源 “我們的太空”官微）
記者：系統正式啟用后，在“天問一號”、“嫦娥五號”月面采樣返回等相關任務中發揮了哪些作用？
李海濤：系統在“嫦娥五號”任務中作為工程載荷數據接收站使用。“嫦娥五號”的工程載荷就是監視相機，拍攝了分離、交會、樣品門轉移的過程，并將圖像傳下來，由新建的35米天線參與了部分數據接收。
對“天問一號”的支持，主要是在“嫦娥五號”任務過程中，原有喀什35米深空天線負責“嫦娥五號”的任務，新建的一個35米天線用于“天問一號” 地火轉移段的遙測數據接收，充分發揮了天線組陣技術的優勢。
“天問一號”到達火星后，喀什深空站的天線組陣系統將以組陣模式（等效66米）進行數據接收支持，3個新建的35米天線還各自具備獨立接收數據的能力。也就是說，分散時三個天線可以各自跟蹤一個目標，支持多任務。合成時，可以三個天線同時接收一個目標信號進行合成，接收效果是單個天線的三倍。
記者：近年來，公眾對貴州的FAST（500米口徑球面射電望遠鏡）也很關注。大口徑球面射電望遠鏡在深空探測中發揮的作用和大口徑測控天線有什么區別？
李海濤：首先，FAST是接收天線，不具備發射功能，而大口徑測控天線是收發共用的。
其次，FAST的設計也限制了它的可用頻率范圍最高只能到達大約3000MHz左右，而大口徑測控天線的最高頻率范圍可以達到8500MHz（66米/70米），乃至32000MHz（35米）。
第三，FAST是依地形構建的天線面，依靠饋源位置的調整來調整天線的指向，因此可覆蓋的天空范圍有限，局限在其天頂指向的一個小范圍內（約40度范圍）；而大口徑測控天線的指向則是全方位可覆蓋的（方位0-360度，俯仰0-90度）。
記者：科幻小說《三體》的走紅，激發了公眾對深空測控工作的好奇和想象。作為從事此項工作的專家學者，您覺得自己工作最特別或者最有趣的地方在哪里？
李海濤：會不斷面臨新的挑戰，隨著深空探測任務的飛行距離不斷增大，探測器的天體也各不相同，可以說每一次任務都是新挑戰，都需要以極大的耐心和信心分析潛在風險和問題，確保系統設計的萬無一失。