大口徑天線在深空測控任務(wù)中的應(yīng)用主要內(nèi)容1研究背景2美國深空測控網(wǎng)（DSN）3FAST與深空測控4結(jié)論1研究背景隨著我國航天事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，特別是嫦娥系列月球探測衛(wèi)星的成功發(fā)射，下一步勢必開展更多的深空探測任務(wù)。由于測量距離遙遠(yuǎn)，目前我國的航天測控手段還不能滿足要求。1研究背景大口徑天線是深空測控網(wǎng)的核心部件之一。作為探月天文觀測站，“嫦娥一號(hào)”使用云南昆明40米口徑和北京密云50米口徑射電望遠(yuǎn)鏡。2012年，喀什測控站已增建天線口徑達(dá)到35米的測控設(shè)備，佳木斯測控站建設(shè)天線口徑達(dá)到64米的大型深空測控設(shè)備改造擴(kuò)建工程已完成。目前正在南美洲地區(qū)建設(shè)第三個(gè)擁有大口徑天線的深空測控站，這些深空測控站具備S、X和Ka等3個(gè)頻段功能的測控和數(shù)據(jù)接收能力。其中，64米站可完成我國探月二、三期以及火星探測等深空測控任務(wù)，是我國第一套深空測控站，其作用距離約4億公里。1研究背景FAST是500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的簡稱，是中國為國際SKA建設(shè)所做的努力和貢獻(xiàn)。作為Arecibo類型射電望遠(yuǎn)鏡的一種，F(xiàn)AST具有3個(gè)突出的特點(diǎn)：喀斯特地形作為站址、靈活的主反射面，以及基于索驅(qū)動(dòng)的2級(jí)精調(diào)饋源系統(tǒng)。FAST投入運(yùn)行后，能否能在國際上以較大的天區(qū)覆蓋和照明面積對(duì)深空測控網(wǎng)進(jìn)行較好的補(bǔ)充？2美國深空測控網(wǎng)（DSN）DSN由NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)開發(fā)并管理，是世界上最大、最靈敏的測控通信網(wǎng)。DSN主要為NASA的深空探測器提供跟蹤、數(shù)據(jù)獲取和通信服務(wù)。此外，DSN還用于收集射電科學(xué)、射電天文、甚長基線干涉儀(VLBI)和行星雷達(dá)等領(lǐng)域的科學(xué)數(shù)據(jù)，并用于支持大橢圓軌道(HEO)航天器的發(fā)射和早期軌道段(LEOP)，以及在緊急情況下為低地球軌道(LEO)任務(wù)提供支持。2.1DSN組成深空網(wǎng)DSN由三個(gè)經(jīng)度相差120。的地面綜合地面站組成，即加州的戈而德斯墩、澳大利亞的堪培拉和西班牙的馬德里。每個(gè)地面站均有多個(gè)大型拋物面天線和相關(guān)設(shè)備組成，其中大天線口徑分別為64m(目前已經(jīng)擴(kuò)展為70m)、34m和26m。2.2DSN的天線設(shè)計(jì)深空網(wǎng)天線的設(shè)計(jì)要折衷考慮兩個(gè)因素：既要使天線盡可能多地接收來自遠(yuǎn)方的無線電信號(hào)，又要少接收來自周圍地面的雜散噪聲。20世紀(jì)70年代的“雙形(dual—shape)”設(shè)計(jì)方案可以大大改進(jìn)天線的性能。2.2DSN的天線設(shè)計(jì)20世紀(jì)90年代中期，DSN建造了新的34m天線(34mBWG)。這些新的天線采用雙形設(shè)計(jì)方案以及射束波導(dǎo)(BWG)技術(shù)。射束波導(dǎo)采用一系列附加副反射器，將焦點(diǎn)移到天線下的固定房間內(nèi)。2.3DSN的工作頻段目前DSN支持S、X和Ka三個(gè)工作頻段。2.4DSN天線組陣技術(shù)所謂天線組陣技術(shù)就是利用分布在不同地點(diǎn)的多個(gè)天線組成天線陣列，接收來自同一深空探測器的信號(hào)，并將各個(gè)天線接收的信號(hào)進(jìn)行合成，從而獲得所需的高信噪比接收信號(hào)?！奥眯姓?號(hào)”在20世紀(jì)80年代后期抵近天王星和海王星時(shí)，就是依靠深空網(wǎng)的地面天線組陣來提高返回的數(shù)據(jù)量。在抵近天王星時(shí)，位于澳大利亞堪培拉的70m天線與相距近180km處的一個(gè)64m天線組成陣列。在抵近海王星時(shí)，天線組陣通過戈?duì)柕滤诡D的70m天線和2個(gè)34m天線與新墨西哥州中部超大規(guī)模陣列的27個(gè)直徑25m天線來實(shí)現(xiàn)。3FAST與深空測控FAST是500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的簡稱，是中國為國際SKA建設(shè)所做的努力和貢獻(xiàn)。FAST對(duì)天文學(xué)的影響將是重大的，也必將影響其它自然科學(xué)。其科學(xué)目標(biāo)包括中性氫測量、脈沖星觀測、星際介質(zhì)分子探測、甚長基線干涉測量、尋找外星生命。FAST的通用技術(shù)指標(biāo)如下：（1）反射面半徑300m，口徑500m，有效照明口徑300m；（2）工作頻率70MHz~5GHz，改造升級(jí)后最高可達(dá)8GHz；（3）定向時(shí)間為10min。3FAST與深空測控3FAST與深空測控3FAST與深空測控以“旅行者”號(hào)航天器為例

則地球上接收天線的功率通量密度為若用DSN中64m口徑天線來接收信號(hào)，則接收信號(hào)功率為若采用FAST天線進(jìn)行接收，則接收信號(hào)功率信號(hào)的接收能力提高了2個(gè)量級(jí)！4總結(jié)FAST站址處于DSN網(wǎng)的間隙，而且有巨大的口徑和有效照明口徑。若將此天線建造成為深