鏈接天與地的“管家”

□ 王舒穎

不管嫦娥二號飛入到月宮巡游，到拉格朗日L2點旅行，還是與小行星正面“交鋒”，地球上的“管家”都會為她服務，會隨時給她提供各種日程提醒與指令。在她把探測獲取的信息源源不斷地從九天之外發回地球時，地面的“管家”還要接收、處理、存儲和分析這些信息……這個連接著“天”與“地”的“管家”，就是探月工程中的地面應用系統。

嫦娥工程的地面“管家”

地面應用系統是唯一一個因嫦娥工程而新組建的系統，是我國第一個深空探測的應用系統。嫦娥二號的地面應用系統由中國科學院國家天文臺為主承擔。它由三部分組成，一是國家天文臺的總部，由數據的運行管理、數據的預處理、數據存儲管理和科學應用四個分系統組成。二是由北京密云地面接收站組成的數據分析系統。三是云南昆明地面接收站組成的數據接收系統。這兩個地面接收站是負責地球和衛星之間的橋梁，是地面應用系統要求最嚴格、可靠性要求最好的橋梁。

“嫦娥二號”地面應用系統的任務分為三個階段。

第一階段，即工程的方案和設計階段，地面應用系統要在首席科學家的領導下制定工程的科學目標與探測計劃，包括確定有效載荷的類型、技術指標和配置。

第二階段，即業務運行階段，要對載荷的運行狀態進行監視，并利用兩個數據接收天線，對數據進行接收、存儲、分發和處理。在這個過程中，兩個地面站要利用天線跟蹤和捕獲衛星，收集無線電信號，并利用相關設備對信號進行處理和存儲。存儲的數據將及時傳回總部——國家天文臺，繼續進行數據的生產。

第三階段，地面應用系統要組織人員對各種有效載荷獲取的探測數據進行解疑、反演和科學應用研究，“嫦娥二號”的相關論文、圖像、地圖等均屬于第三階段的成果。簡而言之，地面應用系統是體現既定科學目標及科學價值的研究與應用中心。

用數據與圖像“翻譯”月球

“地面應用系統最重要的就是怎么把數據接收下來。”探月工程地面應用系統總設計師李春來曾說。

為了適應嫦娥二號的任務需求，地面應用系統針對嫦娥二號的技術要求進行了相應的改造工作。一是將地面站傳輸數據的帶寬拓寬，由原來的3兆碼速率增加到12兆，增強了數據接收的能力，從而保證有效載荷獲得的高分辨率數據能盡快傳回地面。二是根據嫦娥二號的科學儀器狀況，對地面應用系統管理儀器、軟硬件的系統進行改造，同時擴大數據存儲量。此外最重要的是更新地面應用系統的數據處理系統，增強計算能力，確保對嫦娥二號海量數據的處理。三是做好嫦娥二號科學數據處理的技術方案。

嫦娥二號一共有7臺有效載荷，據中國探月工程地面應用系統主任設計師溫衛斌介紹，在拓展任務中，針對工作能力和工作狀態選擇了其中4臺有效載荷，繼續發揮它的預熱。嫦娥二號衛星上搭載的太陽風離子探測器、太陽高能粒子探測器、X射線譜儀及γ射線譜儀等有效載荷，將探測地球遠磁尾的帶電粒子，并對可能的太陽X射線爆發和宇宙γ爆等進行觀測，獲取科學數據，提高對日地空間環境的認識。這4臺有效載荷從2011年5月底開始拓展任務，總共累計工作時間約3500小時，地面接收的數據大概有206GB。目前這些數據還在進一步的分析中，并已經取得了部分重要的分析成果。

最終，嫦娥二號在地面應用系統的支持下，獲得7米分辨率、100%覆蓋全月球表面的全月球影像圖，并成功控制衛星的主發動機實施降軌，對虹灣區域進行高清晰成像，又獲得了幅寬6千米左右的16軌圖像，對進一步了解虹灣區域的地形地貌，為嫦娥三號著陸區域的選擇提供了寶貴的信息。

這些寶貴數據的獲得有著重要的意義。一方面，這些數據為我們進行月球探測、太陽探測，乃至行星際空間探測，尤其是研究地球和太陽的相互作用等，都積累了豐富的數據與經驗。另一方面，嫦娥二號在距離地球700萬千米的深空對圖塔蒂斯小行星拍照并成功實現數據的傳輸與處理，進一步驗證了我們的深空數據接收能力。

北京密云地面接收站50米口徑天線

有力推動全球月球探測的發展

截至去年年底，嫦娥二號共獲得15TB的數據(10TB大約等于一個人腦的存儲量)，這些數據通過網絡向全世界發布，現共有包括港、澳、臺30多家科研機構和高校獲得了嫦娥二號的數據，并在此基礎上展開了相應的研究。

月球探測獲得的數據對整個國家的學科建設與科學研究都有非常重要的促進作用，大大推動了我國月球探測與未來的行星探測的科學研究。以我國國家自然科學基金與探月相關的項目申請為例，在2001年時還沒有相關項目，2008年有6項基金，到2011年達到26項。同時，國家“863”計劃也增加對月球探測數據的開發與應用項目。一些高校也開始重視對月球探測的研究。2009年教育部以湖南大學為基礎，聯合包括北大、清華在內的20多所高校，成立深空探測聯合研究中心，開展對月球探測和行星探測的數據研究。

據地面應用系統副總設計師劉建軍介紹，用戶可以在國家天文臺的官網進行申請，在月球探測中心批準審核通過后，會由國家天文臺對外發布數據。目前，數據發布網站上已有2000多個注冊用戶。