摘 要:500 m口径反射面射电望远镜(FAST)是目前世界口径最大、最灵敏的射电天文望远镜。为了分析FAST对深空探测任务的数据传输支持能力,利用数据传输链路预算分析方法,在规定特定工程余量的条件下,详细计算了FAST应用在内行星、外行星及柯伊伯带(Kuiper belt)天体探测任务中的数据传输速率。计算结果表明,FAST等效成口径300 m的地面接收天线,能使目前的深空通信数据下行传输速率提高70~400倍,未来其将会强有力地支持我国的火星、木星等深空探测任务。
关键词:500m口径反射面射电望远镜(FAST);数据传输速率;链路分析;深空探测
1 引 言
2016年10月,我国自主设计建设的500m口径球面射电望远镜(Five - hundred - meter Aperture Spherical Telescope,FAST)落成启用,其具有极高的射电观测灵敏度,能够接收到137亿光年以外的电磁信号,观测范围可达宇宙边缘,被誉为“中国天眼”。该望远镜由主动反射面系统、馈源支持系统、测量与控制系统、接收机与终端机观测基地等几大系统构成,具有三大主要特点:一是利用天然的适于射电望远镜建设的贵州喀斯特洼坑作为台址;二是利用主动变形反射面,在观测方向上形成300m口径的抛物面汇聚电磁波,并在地面改正球差,实现宽带和全偏振观测;三是使用轻型索拖动馈源支撑系统和并联机器人,实现接收机的高精度定位及跟踪。作为世界上口径最大射电天文望远镜,FAST的应用领域不局限于射电天文现象的观测,也可用作深空探测器的数据接收天线,应用于火星等深空探测任务的科学数据传输。
本文详细讨论了FAST在太阳系各类星体探测 任务中的数据传输速率。 根据各天体与地球的相对位置关系,利用链路预算分析表,得出下行数据传输码速率的变化范围,并将该数据与现今深空网的最大传输速率进行比较,通过比较得出了其对当今深空数据下行速率的提升幅度。
2 望远镜跟踪原理及主要技术指标
FAST定位跟踪原理如下:在贵州喀斯特洼地内铺设口径为500 m的主动反射面球冠,其主动反射面分成多个小球面单元,由促动器控制,在观测方向形成300 m口径的瞬时抛物面,见图1；采用光机电一体化的索支撑轻型馈源平台,加之馈源舱内的两次调整装置,在馈源与反射面之间无刚性连接的情况下,实现高精度的指向跟踪;馈源舱内则配置了多频段多波束的接收机系统用于接收射电无线信号。
作为一个低频地面设备,FAST是独一无二的。我国西南的纬度使它处在全球深空网(Deep Space Net,DSN)一个有利位置,加之它的易变结构,有较大的升级改造空间。
3 结束语
FAST作为世界口径最大的射电天文望远镜,其在深空探测领域的应用潜力非常巨大。通过本文的分析可以看出,FAST可以极大地提高深空探测器的数据下行传输码速率。
随着本世纪太阳系行星探测，特别是火星探测热潮的到来,FAST在支撑数据传输速率扩展方面将会发挥不可替代的作用。若将此天线同时建造为深空数据接收站,可对全球深空网有很好的提升作用。以往探测任务中仅能传输工程数据及少量图片,应用FAST后高清视频及多媒体数据的传输将成为现实,人类对地外行星的了解将会更加深入。
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