祝融號火星車已在火星表面工作75個火星日，它回傳的圖片也越來越多。這段時間很多人都非常關(guān)心，遠在4億公里之外火星上的微弱信號是如何接收的？祝融號火星車在火星拍攝的圖片又是如何呈現(xiàn)的呢？

　　70米天線：天問一號接收數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設備

如何實現(xiàn)來自4億公里之外微弱信號的數(shù)據(jù)接收，是我國首次火星探測任務面臨的巨大挑戰(zhàn)。根據(jù)無線電傳輸理論，由于信號的強度與距離的平方成反比，從火星探測器上發(fā)出的電波經(jīng)過4億公里再傳到地球后會十分微弱，再加上宇宙中的噪聲，很容易把傳輸信號淹沒掉。而通過增大地面接收天線的口徑，也就是接收面積，是提高信號強度的基本途徑。

　　中國首次火星探測任務工程副總設計師李春來：我們知道火星離地球的距離最遠的時候有4億公里，比月球要遠1000倍，我們一般的小的天線就已經(jīng)接觸不到了，靈敏度不夠。所以我們需要一個更大的天線，才能把這個很遠距離傳回來的很微弱的信號接收到。

通過科研人員的科學分析與計算、專家的反復論證，需要新建一座70米高性能數(shù)據(jù)接收天線，來完成這個首次火星探測的數(shù)據(jù)接收任務。

　　總臺央視記者李寧：我們來到了中國科學院國家天文臺武清站，隔著圍墻就可以看到這個直徑70米、全亞洲最大的單口徑全可動天線。它就是天問一號探測任務科學數(shù)據(jù)接收最關(guān)鍵的設備。

這臺直徑為70米的天線為輪軌式拋物面反射鏡天線，是一臺全方位可轉(zhuǎn)動的望遠鏡，高72米，總重約2700噸。在鋼筋混凝土地基上，以中央的天線樞軸為中心，它可以在水平和俯仰兩個方向轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)對觀測目標的精確跟蹤。

　　中國首次火星探測任務工程副總設計師李春來：天線可以俯仰90度，方位可以360度隨便轉(zhuǎn)?；鹦呛臀覀兊木嚯x、和我們的方位角是一直在變化的，如果你天線不動的話，你就接收不到信號了。

在我國首次火星探測任務中，除了這臺新建的70米天線，我國還利用了早期建設的兩臺40米天線和一臺50米天線，共同配合來完成火星數(shù)據(jù)的接收任務。

中國首次火星探測任務工程副總設計師李春來：現(xiàn)在我們把4個天線合起來后，我們能收集（相當于）103米直徑面積的信號，它的信噪比就會更高，更微弱的信號我們也能收集到。

　　雙曲面結(jié)構(gòu)天線 強大的“心臟”

由于火星距離地球較遠，火星探測器上發(fā)出的信號在回傳過程中，會隨著距離的變大而衰減。為了捕捉到這些珍貴而又微弱的信號，研制團隊采用了大口徑雙曲面天線來接收數(shù)據(jù)，既保證能夠接收到足夠的信號量，同時也保證了傳輸數(shù)據(jù)的準確性。

從火星探測器上回傳數(shù)據(jù)，就相當于在探測器上用一支激光筆照向地球。為了捕捉到探測數(shù)據(jù)的信號，70米天線采用了拋物面結(jié)構(gòu)，由主反射面和副反射面組成，無線電波經(jīng)過主、副反射面反射，最后聚焦于被稱為饋源的接收裝置，提高了天線效率和抗干擾能力。

　　總臺央視記者李寧：我們現(xiàn)在就來到了亞洲最大的單口徑全可動天線的反射面。祝融號火星車在登陸火星之后，所有的數(shù)據(jù)會通過天問一號的環(huán)繞器發(fā)射到主反射面。主反射面進行第二次反射，反射到副反射面。最后通過副反射面發(fā)射到下面的饋源。

　　中國首次火星探測任務工程副總設計師李春來：信號的強度是與距離的平方成反比，所以你越遠，它衰減得就越厲害，到我們這地方信號已經(jīng)非常微弱了。正好就用雙曲面把它再進行第二次聚焦。70米直徑的信號經(jīng)過兩次反射以后，再進入到饋源里面，收集變成一個小波束，然后把它變成電信號，就可以在線纜里面?zhèn)髁恕?/p>

饋源又被稱為天線的心臟，可以提高天線的工作效率。這座70米高性能數(shù)據(jù)接收天線有大、中、小三臺饋源可供使用，以確保更準確地接收火星數(shù)據(jù)。

　　中國首次火星探測任務地面應用系統(tǒng)副總設計師蘇彥：它是連接電磁波和電信號的一個重要的連接部件。經(jīng)過主反射面反射以后，副反射面二次反射，最終通過饋源進行收集，把空間的電磁波轉(zhuǎn)化為電信號。

　　接收火星數(shù)據(jù) 快速回傳北京中心處理

70米天線接收完數(shù)據(jù)之后怎么處理？我們看到的祝融號拍攝的火星圖片又是如何從數(shù)據(jù)變成圖片的呢？

　　中國首次火星探測任務地面應用系統(tǒng)副總設計師蘇彥：武清地面站是天問一號數(shù)據(jù)接收的一個最重要的地面站。我們接收到的天問一號探測器發(fā)送的電磁波，在地面站進行了解碼處理，然后通過專門的光纖線路發(fā)送給天文臺總部。

這座天線接收到從火星上獲得的信息后，會再通過地面站的高速終端設備，將接收到的信號進行處理并快速傳回北京總部。

　　中國首次火星探測任務工程副總設計師李春來：經(jīng)過光纖直接就送到北京總部，總部再去處理這個數(shù)據(jù)，把它變成圖片。

　　記者：整個過程，從接收到光端機傳回北京總部需要多長時間？

　　中國首次火星探測任務工程副總設計師 李春來：自動化的處理很快的，分鐘級就會完成。

　　總臺央視記者崔霞：這里是位于北京國家天文臺的天問一號任務地面應用系統(tǒng)的運行控制與科學操作中心。祝融號火星車在火星上拍攝的照片，通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，?0米天線進行接收之后，最終所有的數(shù)據(jù)需要匯集到這里。

大家看到的這張圖片就是祝融號火星車的導航相機拍攝的一張火星表面的全景圖。

　　中國首次火星探測任務地面應用系統(tǒng)總設計師劉建軍：祝融號在著陸器平臺上首先進行360度環(huán)拍，一共24張照片。然后在武清站的70米天線可視的時候把它傳回到地面。

像快遞一樣有一個外包裝盒。在（武清）地面站要把外包裝盒打開，就能夠拿到圖像數(shù)據(jù)，再到總部經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，形成一幅幅照片。

劉建軍介紹，這一幅幅的照片生成后，他們還要進行顏色校正，讓它符合人的視覺感受，來更真實地呈現(xiàn)祝融號火星車所拍攝的火星表面的效果。

　　70米天線為深空探測打下堅實基礎(chǔ)

火星探測任務正式拉開了我國深空探測的序幕。根據(jù)規(guī)劃，未來我國還將對土星、木星以及其他小行星進行探測，而70米天線作為我國深空探測的主力裝備，也將承擔數(shù)據(jù)接收等多項重任。

70米天線的建設，相當于架起了火星和地面信息傳輸?shù)臉蛄骸?/p>

　　中國首次火星探測任務工程副總設計師李春來：如果我們沒有70米天線，數(shù)據(jù)的傳輸碼速率會下降三四倍。我們現(xiàn)在比如說可以傳4張圖，如果沒有這個天線，可能只能傳一張圖，數(shù)據(jù)會非常少。即使在火星上照了很多像，獲得了很多數(shù)據(jù)，但是我們傳不回來。

所以信息的鏈路的寬窄和能力，是非常重要的一個指標，也能夠使我們的科學探測更加自如，可以獲得更多的數(shù)據(jù)。

除了火星探測任務，我國還計劃在十四五期間，執(zhí)行對木星和行星際穿越的探測。相對于火星來說，木星距離地球更遠，作為目前我國深空探測的主力軍，70米天線也將發(fā)揮重要作用。

　　中國首次火星探測任務工程副總設計師李春來：這個天線應該說是行星探測、深空探測的一個基礎(chǔ)設施。像風箏一樣，你放走了后沒有線，風箏就控制不住了。只有（用）這種大的天線，探測器才能走得更遠?，F(xiàn)在至少木星的距離，我們都能夠把它的信號接收過來。木星距離我們最遠大概有10億公里。