火星探测UHF频段原位通信关键技术研究

火星是人类探索太阳系的下一个里程碑,由于地球和火星之间的距离非常遥远(最远距离约4亿千米,光行时约22 min),为了最大限度地完成火星车和地球之间的高效通信,火星车和火星环绕器之间的器间原位中继通信技术就显得尤为重要。针对大椭圆轨道下器间通信信噪比低、信号参数变化快、全自主要求高及质量功耗约束极为严苛等难点,提出了一种UHF频段器间原位通信技术,主要包括超高灵敏度高动态自适应信号解调、高精度多普勒测量、基于CCSDS Proximity-1的协议一体化集成融合和面向火星复杂环境的高集成度高收发隔离产品工程化设计,实现了捕获灵敏度优于-141 dBm、解调灵敏度(1 kbit/s)优于-134 dBm、频率动态范围优于±26 kHz、多普勒测量精度优于10 mHz、收发隔离大于180 dB、弧段内全自主高可靠高吞吐率通信及基于架构统型的系统/单机极限优化,相关指标优于美国系列火星探测器中的“Electra”。经祝融号火星车和天问一号火星环绕器、ESA“Mars Express”火星轨道器在轨实际测试,测试数据符合预期,为中国首次火星探测的圆满成功做出了重要贡献。

临近空间飞行平台青藏高原大气NO_(x)原位观测实验

大气NO_(x)气体分析仪是中国科学院战略性先导科技专项“临近空间科学实验系统”“太阳风暴在临近空间环境的响应”任务的主载荷之一,是我国自主研发的原位探测临近空间大气NO_(x)的载荷,并已成功测量临近空间高空气球飞行路径NO、NO_(2)、NO_(x)混合比.分析仪基于可见-紫外光谱吸收法原理,用动态流导法将飞行路径上1×103~1×10^(5) Pa的自然大气压缩至8×10^(4)~1×10^(5) Pa,构建了长期稳定的常压工作环境,把商用氮氧化物光谱仪的适用范围从地表拓展到高空.2019和2020年夏季,中纬度青藏高原大柴旦地区开展的两次高空气球科学实验均搭载了大气NO_(x)气体分析仪,实现了对流层5 km到平流层30 km大气NO_(x)的原位测量,并获取了青藏高原上空NO、NO_(2)、NO_(x)混合比的科学探测数据.