天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器成功著陸火星，具備高精度測(cè)量能力的相控陣敏感器引人注目。作為位置和速度測(cè)量的重要手段，相控陣敏感器在著陸階段持續(xù)為航天器提供高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)，成功助力著陸巡視器安全著陸火星表面。
相控陣敏感器安裝在火星著陸巡視器進(jìn)入艙著陸平臺(tái)的下方，作用范圍達(dá)十幾千米，可謂火星探測(cè)器的太空“千里眼”。它和其他不同原理的測(cè)量敏感器密切配合，接力引導(dǎo)航天器平安落火。
相控陣敏感器在航天器進(jìn)入火星大氣后，距火星表面僅幾千米高度時(shí)開(kāi)始工作，持續(xù)提供相對(duì)于火星表面多個(gè)方向的距離、速度數(shù)據(jù)，用于航天器的減速、懸停和軟著陸控制，直至著陸巡視器降落至火星表面約5米處。
航天器從約125公里處高空進(jìn)入火星大氣，時(shí)速高達(dá)每秒5.9公里，要在短短幾分鐘內(nèi)，讓航天器的速度降低到0，是火星探測(cè)任務(wù)中技術(shù)難度最大的關(guān)鍵時(shí)刻。
中國(guó)航天科工二院25所相控陣敏感器總工程師孫武介紹，這是國(guó)內(nèi)首次將相控陣體制雷達(dá)應(yīng)用于地外天體著陸測(cè)量。與此前的載人航天工程任務(wù)不同，火星和地球之間距離漫長(zhǎng)，通信存在十幾分鐘的時(shí)延，在地球上無(wú)法控制著陸過(guò)程，必須讓著陸巡視器自主完成這驚心動(dòng)魄的旅程，對(duì)敏感器提出的要求極為苛刻。
“相比國(guó)內(nèi)外已有的著陸測(cè)量雷達(dá)，相控陣體制的雷達(dá)天線由多個(gè)輻射單元組成，就像生物學(xué)中蜻蜓的復(fù)眼，具有波束掃描快、指向靈活、目標(biāo)容量大、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)?！睂O武說(shuō)。
25所研制的相控陣敏感器能在預(yù)設(shè)的9個(gè)方向上任意快速切換，通過(guò)軟件定義，在每個(gè)測(cè)量周期實(shí)時(shí)選取4個(gè)最優(yōu)方向，測(cè)量距離速度信息，從而快速修正航天器的姿態(tài)測(cè)量誤差，準(zhǔn)確地找到火星的水平面，確保著陸器的方向控制準(zhǔn)確無(wú)誤。
25所相控陣敏感器主任設(shè)計(jì)師劉佳透露，火星著陸巡視器在下降過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷多種工作環(huán)境。與之前落月任務(wù)相比，由于火星重力比月球大，著陸下降加速度會(huì)更快，需要利用火星大氣進(jìn)行降落傘減速。在高速下落過(guò)程中打開(kāi)降落傘，航天器會(huì)因減速?zèng)_擊發(fā)生劇烈擺動(dòng)，是影響著陸成敗的關(guān)鍵時(shí)刻。
“這一瞬間，在相控陣敏感器的測(cè)量方向上，距離會(huì)有很大的變化，同時(shí)部分測(cè)量信號(hào)會(huì)打到地平線以上，出現(xiàn)檢測(cè)不到目標(biāo)的情況?！眲⒓颜f(shuō)：“對(duì)相控陣敏感器來(lái)說(shuō)，就像在快速蕩秋千，眼睛要看清地面一頁(yè)紙上寫(xiě)的字。”
此外，火星上時(shí)常會(huì)發(fā)生劇烈的塵暴天氣，在巡視著陸器靠近火星表面時(shí)，航天器發(fā)動(dòng)機(jī)噴射也會(huì)激起地面的粉塵和沙礫，對(duì)探測(cè)傳感器造成影響。
“微波信號(hào)體制應(yīng)對(duì)這種環(huán)境具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)?！睂O武說(shuō)：“在這個(gè)前提下，產(chǎn)品在信號(hào)頻段選擇上做了充分的對(duì)比和論證，采用多種算法進(jìn)行了綜合優(yōu)化，并在沙漠戈壁通過(guò)直升機(jī)氣流模擬試驗(yàn)了在沙塵暴天氣中的工作狀態(tài)，確保測(cè)量的可靠性。”
同時(shí)，相控陣敏感器采用了瓦片式收發(fā)模塊高密度集成，大幅提高了小型化、輕量化水平。“相當(dāng)于用1套設(shè)備完成9套傳統(tǒng)設(shè)備的功能。”25所設(shè)計(jì)師賈學(xué)振介紹：“這意味著航天器可以攜帶更多科學(xué)載荷和燃料，完成更多的探測(cè)任務(wù)?！?/p>
