即将迎来日凌挑战,祝融号如何平安度过悠长“假期”

2021-09-07 10:46:31 | 来源:科技日报 | 参与: 0 | 作者:都芃

  来源: 科技日报 作者: 都芃

  太阳不仅是一个巨大的“火球”,也是一台巨大的噪声制造机。当有天体运行至与太阳、地球同一直线时,太阳发出的强大电磁波便会将天体发出的无线电信号淹没,使得地球无法与其进行准确通信,从而造成暂时性失联。

  科技日报实习记者 都芃

  刚刚庆祝完祝融号登陆火星百日,9月它就要失联了?这则看起来有些耸人听闻的消息,实则确有其事。大约自9月中下旬开始,包括祝融号、“好奇”号、“毅力”号等在内的众多火星探测器都将陆续与地球失联。

  但出现问题的并非是探测器,而是火星即将和地球玩起“捉迷藏”的游戏——它将躲在太阳身后一个多月,对地球避而不见。当然,大家大可不必为此担心,科学家对此早有准备。

  失联的“祸首”是日凌

  在科幻小说《三体》的开篇中有这样一个情节,主人公叶文洁将太阳当作巨型无线电信号放大器,把地球信号传向了宇宙深处,最终引来了“三体人”。虽然只是科幻故事,但太阳的确每时每刻都在发射电磁波,传输着“信号”。

  太阳不仅是一个巨大的“火球”,也是一台巨大的噪声制造机。它发出的电磁波涵盖范围广,从短波的γ射线、X射线波段,到长波的无线电波段,太阳都兼容并包。因此,当有天体运行至与太阳、地球同一直线时,这种情况通常被称为日凌。此时,太阳发出的强大电磁波便会将天体发出的无线电信号淹没,使得地球无法与其进行准确通信,从而造成暂时性失联。

  此次导致祝融号以及环绕器失联的原因便是如此。以太阳为中心,地球公转轨道在内,火星公转轨道在外,形成两个同心圆。而火星公转周期与地球不同,约为687天,因此每隔一段时间,太阳、地球、火星三者便会运行至同一条直线。尤其是当火星运行至太阳身后,与地球分置于太阳两侧时,便会造成显著的日凌影响。

  天问一号探测器系统总设计师孙泽洲解释道,太阳自身庞大的体积不仅会遮挡火星探测器发出的信号,其产生的强烈电磁干扰也会使得地球无法在庞杂的背景噪音中准确分辨出火星探测器的信号,从而造成信号接收困难。同时,地球上传至火星的信号也会被太阳电磁波所覆盖,无法准确到达,致使两者之间的有效通信被迫中断。“上行无法进行控制,下行数据也很难有效接收。”孙泽洲还补充道,此时恰巧火星与地球之间距离也达到了最远的3.95亿公里。

  日凌不仅会对火星探测器造成影响,其对人们日常生活的影响也时有发生。每年春分、秋分时节,太阳直射赤道,而静止轨道卫星也多运行在赤道上空。此时,太阳、卫星、地球形成一条直线,太阳所发出的电磁波干扰便会影响地球对卫星信号的接收。例如每年春分、秋分前后,世界各地时常会出现电视转播信号不稳定、电视画面出现“雪花”的现象。今年2月,国家广播电视总局便发布了2021年全国主要城市春季卫星日凌时间预告,称在2月25日至3月17日期间,用于我国广播电视节目传输的中星6A、亚太5C等卫星进入日凌期,影响包括北京、上海、杭州在内的多座城市电视信号的接收,持续时间从几分钟至十几分钟不等。

  给祝融号放个“长假”

  日凌导致火星探测器失联,虽然听起来可怕,但祝融号及其环绕器早已做好充分准备。

  孙泽洲介绍,在日凌期间,祝融号火星车与环绕器将暂停所有科学活动,转入安全模式,静静等待日凌过去。但他强调,安全模式并不意味着完全停止工作。人睡着后,虽然停止了活动,但仍然需要维持身体各项机能正常运转。火星车与环绕器也是如此,如环绕器需要依靠自主控制保持自身的飞行状态,祝融号火星车也要持续获取能量和进行温度控制等,以保证在日凌结束后能够迅速恢复工作状态。“这个过程中对于探测器自主性的要求可能会很高,因为在一个月甚至更长一点的时间内,需要它们完全自主运行。”孙泽洲说,“我还是比较放心的,相信两器可以平稳度过日凌。”

  这种自信很大程度上来源于在过去的一百余天内,祝融号及其环绕器优异的工作状态。“过去的这段时间里,我们已经对两器各个系统硬件、软件的运行状态有了一个全面确认,心里有底。”孙泽洲还提道,在日凌期间,两器自身的工作内容会较往常开展科学活动时更为简单,有助于其在长时间内保持稳定,“这实际上是处于一种静止等待状态”。

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