火星探測進入、下降、著陸過程通信方案

劉適 黃曉峰 喬旭君

(北京空間飛行器總體設計部, 北京 100094)

?

火星探測進入、下降、著陸過程通信方案

劉適 黃曉峰 喬旭君

(北京空間飛行器總體設計部, 北京 100094)

基于火星探測任務進入、下降、著陸過程(Entry，Descent and Landing，EDL)的特點，從信號微弱、高多普勒動態和黑障通信等3方面提出了該過程中通信的主要技術難點；簡述了國外成功完成火星表面軟著陸探測任務——海盜號、“火星探路者”、“火星探測巡視器”、鳳凰號、“火星科學實驗室”EDL過程采用的通信方案，并在其基礎上進行了歸納總結；詳細介紹了EDL過程所采用的直接對地通信、中繼通信方案組成、通信能力和關鍵單機等；論述了中繼通信、信號調制、信道編碼以及黑障分析、防護與減輕等通信關鍵技術及其工程現狀。最后給出了對我國火星探測EDL過程通信技術方案設計的一些建議。

火星探測；軟著陸；進入、下降、著陸；通信

1 引言

火星進入、下降、著陸(EDL)過程是火星軟著陸探測任務中最為重要的環節之一，而EDL過程中的通信是地面了解探測器工作狀態和健康情況的主要渠道，也是火星軟著陸任務通信系統設計應關注的重點之一，愈發得到國際航天機構的重視。以1999年的NASA“火星極地著陸器”(Mars Polar Lander，MPL)任務為例，其在EDL過程中不具備通信能力，導致任務在EDL過程失敗后，基本上沒有數據用于診斷任務失敗的原因。同樣的情況還出現在歐洲航天局(ESA)2003年的火星著陸器獵兔犬2號(Beagle-2)任務中。在“火星極地著陸器”任務失敗后， NASA要求其火星著陸任務均要具備EDL過程通信能力[1]。

本文旨在針對EDL過程通信難點，在總結國外成功火星軟著陸任務EDL通信方案的基礎上，對EDL過程通信關鍵技術發展現狀進行介紹，為我國未來火星表面探測任務提供參考。

2 EDL過程通信技術難點

EDL過程作為整個軟著陸任務的重要環節，其關鍵事件、關鍵遙測必須保證實時下傳。但EDL過程信道較為惡劣，存在地面接收信號微弱、多普勒動態高和黑障現象等一系列問題，將直接影響信號的正常接收與解調。

1)信號微弱問題

火星軟著陸探測器對地直接通信面臨著巨大的空間損耗，導致地面接收到的信號十分微弱，約束了探測器下行信息傳輸能力。同時，由于EDL過程中嚴苛的氣動環境和熱環境，以及可能存在的探測器大角度姿態變化，探測器只能采用寬波束低增益天線，通過降低天線增益來提高波束寬度，保證對地覆蓋性。這對EDL過程中通信實現提出了更高要求和新的技術難題。

2)高多普勒動態問題

EDL過程動作將導致在探測器發射信號上疊加較高的多普勒動態，包括較大的多普勒變化范圍、較高多普勒變化率和多普勒加速度。由于在信號解調過程中需要保持跟蹤狀態，EDL過程中的高多普勒動態極易導致環路失鎖，造成接收端數據丟失。尤其在低信噪比時，高動態與高靈敏度是無法在單機層面同時實現的，所以需要在通信方案設計過程中，從系統級層面尋找解決措施，確保EDL過程中正常通信。

3)黑障現象

火星探測器以高超聲速進入火星大氣層后，要在短時間內急劇減速，由于大氣阻力的作用，使得高速飛行探測器的動能大量轉換為熱能，當探測器周圍的溫度達到或超過火星大氣電離的閥值溫度時，大氣分子和部分燒蝕材料便發生電離，在探測器周圍形成等離子鞘套。等離子鞘套會嚴重吸收和散射電磁波，從而產生通信“黑障”現象。黑障現象的產生與探測器的形狀、速度、飛行攻角、放熱材料和大氣密度等因素有關[2]。鑒于黑障現象對火星EDL過程通信的影響，需要在通信方案設計過程中充分考慮、量化分析黑障現象的影響，并開展黑障現象防護和減輕等技術研究。

針對上述通信難點，國外航天機構開展了一系列理論研究與工程實踐工作，并積累了豐富的成功經驗。后文將對國外成功火星表面軟著陸探測任務EDL過程通信方案進行歸納與總結。

3 EDL過程典型通信方案

3.1 概述

目前，人類共進行過15次火星表面軟著陸探測，完全成功7次，均由美國完成，分別為海盜-1(Viking-1)、海盜-2(Viking-2)、“火星探路者”(Mars Pathfinder，MPF)、勇氣號(Spirit)、機遇號(Opportunity)、鳳凰號(Phoenix，PHX)、“火星科學實驗室”(Mars Science Laboratory，MSL)。其中，勇氣號(Spirit)、機遇號(Opportunity)同屬于火星探測巡視器(Mars Exploration Rover，MER)任務。

1976年的海盜-1和海盜-2都由1個軌道器和1個著陸器組成，軌道器與著陸器組合體抵近火星后進入環火軌道。兩器分離后，著陸器經歷EDL過程著陸火星表面。EDL過程中，著陸器通過軌道器中繼轉發探測器狀態信息。器間通信鏈路為著陸器至軌道器的單向UHF頻段鏈路，碼速率為4 kbit/s。軌道器將接收到的返向信號通過自身S頻段下行鏈路轉發地面[3]。

1997年的MPF任務攜帶1個著陸器和1個巡視器降落火星表面。MPF未進入環火軌道，而是采用直接火星大氣進入方式。EDL過程中，探測器持續向地面站發送X頻段載波信號，通過 “旗語”信號在EDL序列中關鍵時刻，表明主要事件的執行情況。在著陸前“旗語”信號是在載波信號上疊加副載波，并且副載波在兩個不同頻率之間切換。一旦著陸，“旗語”信號僅是簡單的開關下行載波[4]。

2003年的MER任務為火星表面巡視探測任務，其EDL采用X頻段鏈路實現全過程對地通信，并在EDL末期增加UHF頻段通信[5]。MER向地面站發送X頻段載波和“旗語”信號，但不同于MPF任務的少量“旗語”，MER采用了256個“旗語”，該方法被稱為多進制頻移鍵控(MFSK)。后殼分離后，MER通過UHF頻段器間通信鏈路向“火星全球勘測者”(Mars Global Surveyor，MGS)發送8 kbit/s返向數據，并通過MGS對地信道轉發地面。

2007年的鳳凰號是一次火星表面原位探測任務。鳳凰號EDL過程中無直接對地通信鏈路，其利用奧德賽(Odyssey，ODY)、“火星勘測軌道器”(Mars Reconnaissance Orbiter，MRO)和“火星快車”(Mars Express，MEX)提供UHF頻段器間通信返向數據的轉發支持。鳳凰號從進入前2分鐘開始發送8 kbit/s返向數據。降落傘打開后，返向碼速率提高到32 kbit/s[6]。

2011年的MSL任務借鑒了MER和鳳凰號EDL過程通信的成功經驗，在EDL過程中采用X頻段直接對地通信和UHF頻段中繼通信相結合的方案。其中，對地通信鏈路采用了與MER相同的MFSK方案。中繼通信鏈路利用UHF頻段器間通信鏈路，在巡航級分離后開始向ODY、MRO和MEX軌道器發送8 kbit/s返向數據，并轉發地面[1]。

綜上所述，火星軟著陸器EDL過程通信實現的技術途徑有兩種，分別為直接對地通信和軌道器中繼轉發通信。其中，中繼轉發通信鏈路是由軌道器與軟著陸探測器間的器間通信鏈路和軌道器對地通信鏈路組成的。兩方案各有優劣，前者系統實現簡單，后者通信速率相對較高。直接對地通信典型工程案例包括MER、MSL任務，中繼轉發通信典型工程案例包括PHX和MSL任務。

3.2 直接對地通信方案

1)MER直接對地通信方案

MER任務包括勇氣號和機遇號，其通信系統組成相同，由X頻段和UHF頻段子系統構成，其中，X頻段子系統用于支持與NASA的深空網之間通信，UHF頻段子系統用于支持后殼分離后與火星軌道器之間通信。EDL全過程中無上行或前向鏈路[5，7-8]。MER的X頻段子系統組成見圖1[5]。

X頻段子系統的核心單機是小型深空應答機(SDST)，見圖2。1998年發射的深空-1(Deep Space-1)首次搭載了SDST。之后，SDST成為NASA無人深空探測任務主要選用的應答機產品。在EDL過程中，SDST處于多進制頻移鍵控(MFSK)工作模式。該工作模式中，應答機發送載波和未調制數據的副載波，其信息速率由不同頻率副載波的數目和副載波頻率變化的速率決定。MER任務中采用了256個不同頻率的副載波信號，在同一時刻，僅將其中一個調制在載波信號上。在超音速進入期間，副載波頻率每10 s切換一次。開傘后，延長至每20 s切換一次，以便在信噪比快速變化期間信號更易被檢測到[8]。

圖1 MER任務X頻段通信子系統框圖Fig.1 Block diagram of MER X band telecommunication subsystem[5]

圖2 MER搭載小型深空應答機Fig.2 MER small deep space transponder

X頻段子系統由6副天線組成，在EDL過程中使用到其中2副天線，分別為后殼低增益天線和巡視器低增益天線。后殼低增益天線和巡視器低增益天線采用共用波導的設計思路，繼承自“火星探路者”任務，后殼分離前采用后殼低增益天線對地通信，后殼分離后使用巡視器低增益天線[5]。

2)MSL直接對地通信方案

“火星科學實驗室”通信系統由X頻段子系統和UHF頻段子系統組成。與MER與鳳凰號EDL過程通信系統方案基本一致，“火星科學實驗室”通過X頻段子系統實現與地面站之間通信，通過UHF頻段子系統實現與火星軌道器間通信[1]。“火星科學實驗室”X頻段通信子系統組成如圖3所示[1]。

圖3 MSL X頻段通信系統框圖Fig.3 Block diagram of MSL X band telecommunication system

在EDL過程中，X頻段子系統主要通過降落級上的小型深空應答機和輸出功率100 W的行波管放大器發送MFSK，以實現對地通信功能，MSL采用256個不同頻率副載波，副載波切換時間為10 s。X頻段子系統先后使用了降落傘低增益天線、斜裝低增益天線和降落級低增益天線[1]。降落傘低增益天線和斜裝低增益天線采用相同設計，均安裝在降落傘艙上，兩者安裝方向不同，以滿足EDL過程中不同階段天線增益方向圖對地面站的覆蓋性。降落傘艙分離后，MSL通過降落級低增益天線實現對地通信功能。

3.3 中繼通信方案

1)PHX中繼通信方案

鳳凰號通信系統由X頻段測控子系統和UHF頻段子系統組成，其中X頻段測控子系統安裝在巡航級上，當巡航級與著陸器分離后，鳳凰號通過UHF頻段子系統完成與ODY、MRO和MEX軌道器間的中繼通信，滿足EDL過程通信需求[6,9]。鳳凰號UHF頻段通信子系統組成見圖4[9]。

鳳凰號UHF頻段通信系統核心單機是UHF頻段收發信機，型號為C/TT-505，MER搭載的也是這一型號的產品[10]，見圖5。在EDL過程中，ODY、MRO和MEX被用于鳳凰號UHF頻段返向數據的轉發支持。鳳凰號在巡航級分離后通過后殼天線發送返向信號載波，進入前2 min在返向載波上調制8 kbit/s數據。降落傘打開后，返向碼速率提高到32 kbit/s，直至降著陸1分鐘后停止。鳳凰號器間通信基于CCSDS組織的鄰近空間鏈路協議(Proximity-1 Space Link Protocol)，但由于EDL過程中使用單向傳輸模式，通信雙方無需根據協議進行“握手”[6]。

圖4 鳳凰號UHF頻段通信系統框圖Fig.4 Block diagram of Phoenix UHF band telecommunication system

圖5 鳳凰號搭載UHF頻段收發信機Fig.5 PHX UHF transceiver

不同于MER任務，鳳凰號為保證巡航級分離后全過程器間通信，在后殼上安裝了一副后殼天線，后殼天線采用貼片組陣形式，安裝在后殼上，形成近全空間覆蓋增益方向圖，見圖6。當后殼與著陸器分離后，鳳凰號使用UHF螺旋天線[6]。

圖6 鳳凰號后殼天線Fig.6 PHX wrapaound antenna

2)MSL中繼通信方案

MSL通過UHF頻段通信子系統實現與火星軌道器間通信，其UHF頻段通信子系統組成框圖分別見圖7[1]。

在巡航級分離后直至觸地后幾分鐘，MSL的UHF頻段子系統向ODY、MRO和MEX軌道器發送8 kbit/s返向數據，包括健康和狀態遙測。UHF頻段子系統由兩臺UHF頻段收發信機和3副低增益天線組成。在EDL過程中先后使用了3副UHF頻段低增益天線，包括降落傘UHF天線、降落級UHF天線和巡視器UHF天線。其中，降落傘UHF天線采用與PHX任務后殼天線相同的設計思路，滿足EDL初期中繼通信需求[1]。

圖7 MSL UHF頻段通信系統框圖Fig.7 Block diagram of MSL UHF band telecommunication system

MSL搭載的UHF頻段收發信機型號為Electra-Lite，與MRO上搭載的UHF頻段收發信機Electra相比，進行了功能上裁剪，以降低對質量、功耗方面的需求。Electra-Lite支持鄰近空間鏈路協議。相對于C/TT-505等早期UHF頻段收發信機型號，Electra和Electra-Lite主要有3方面的改進[12]：

(1)Electra和Electra-Lite收發信機支持最高2048 kbit/s編碼后碼速率，而MER搭載的C/TT-505收發信機最高支持256 kbit/s，MEX搭載的Melacom收發信機最高支持128 kbit/s。

(2)Electra和Electra-Lite的前向載波頻率在435～450 MHz范圍內可調，返向載波頻率在390～405 MHz范圍內可調。C/TT-505和Melacom僅能在固定頻率上工作。

(3)Electra和Electra-Lite支持碼速率自適應模式(adaptive data rate mode，ADR)，即收發信機可以根據實時信噪比特性，自發調整返向鏈路碼速率。而C/TT-505和Melacom在某一弧段內只能采用固定碼速率進行傳輸。但MSL在EDL過程中未采用ADR模式。

4 EDL過程通信關鍵技術及工程現狀

4.1 中繼通信技術

受限于器地通信距離較遠等因素，EDL過程中探測器直接對地傳輸的信息速率較低，不足以支撐EDL過程產生的全部數據實時傳輸。以MER和MSL任務所采用的MFSK方案為例，若采用10 s時間完成1個狀態遙測的傳送，信息量為8 bit，信息速率為0.8 bit/s。而中繼通信具備軟著陸與軌道器通信距離近，軌道器直接對地通信能力強的特點，以NASA以往火星軟著陸探測器為例，其EDL過程返向器間通信碼速率為4～32 kbit/s，遠高于軟著陸探測器對地通信碼速率。在碼速率方面，中繼通信占有明顯優勢。

即使在著陸后，探測器具備高增益天線對地通信能力，受限于體積、質量、功耗等方面限制，其對地數據傳輸能力也極為有限，需要依靠中繼通信完成主要傳輸任務。截至2004年2月17日，機遇號返向數據的79%是通過中繼通信鏈路傳輸，直接對地通信鏈路僅完成21%，機遇號中繼通信鏈路返回數據量占比達到了85%[5]。為充分挖掘中繼通信鏈路潛力，MSL任務中器間通信返向鏈路采用ADR技術，將碼速率峰值從MER任務的256 kbit/s提高到2 Mbit/s[12]。

火星探測任務中繼通信大致可分為三個發展階段。第一個階段以海盜號任務為代表，軌道器僅接收特定著陸器發送的返向信號，并轉發地面。第二階段以MPL任務為代表，其采用火星氣球轉發協議(Mars Balloon Relay Protocol)，該協議沒有數據鏈路層，前向鏈路用于發送兩種單音，用于支持與表面探測器完成返向數據傳輸。第三個階段，以MER、PHX和MSL任務為代表，其采用CCSDS組織的鄰近空間鏈路協議，該協議由數據鏈路層和物理層組成，可以實現表面探測器上行遙控、數據注入以及下行遙測、載荷數據的轉發，同時由于數據鏈路層協議的存在，可以保證器間通信數據按序、正確接收。

4.2 信號調制技術

針對EDL過程中器地信道內高動態、低信噪比特征，選用合適的信號調制技術降低地面站解調難度，對保證EDL過程正常通信具有重要意義。受到火星探路者任務啟發，MER引入MFSK方法完成EDL過程通信。MFSK方法通過載波調制不同的副載波表征了探測器不同的健康和工作狀態。MFSK信號解調可以通過開環接收機快速完成[11]。MFSK信號的解調不同于深空通信中常采用的BPSK、QPSK等調制方式，地面進行解調時無需進行碼元解調，而僅需進行載波和副載波的捕獲，將副載波頻率通過一定映射關系即可了解遙測信息內容。此外，EDL過程中某些關鍵事件會導致下行載波頻率瞬時較大變化，如降落傘開傘，此時MFSK信號快速捕獲的優勢相對于傳統調制方式將更加明顯。由于MFSK方式的優勢，其在MSL任務EDL過程和朱諾號(Juno)任務中也得到應用[12]。

4.3 信道編碼技術

信道編碼是保證信息正確傳輸的重要手段，是深空通信的關鍵技術之一，可以通過較小的實現代價達到與提高發射功率、增加天線口徑相同的效果。目前，深空探測通信使用的信道編碼方式包括卷積碼、RS碼、RS與卷積級聯編碼、Turbo碼、LDPC碼等。其中，LDPC碼在編碼增益以及誤碼平臺等方面相對于其他編碼方式具有明顯優勢。2013年NASA發射的“火星大氣與揮發物演化探測器”(MAVEN)便對中繼返向鏈路提供編碼效率為0.5的LDPC碼譯碼支持。分析與測試結果顯示，MAVEN所采用LDPC碼相對于目前深空領域廣泛采用的卷積(7,1/2)碼可以提供額外3 dB的編碼增益[11]。也就是說，在相同射頻設備的基礎上，可以降低約一半的發射功率。對器載資源嚴重受限的深空任務而言，信道編碼技術具有重要的意義。

4.4 黑障分析、防護及減輕技術

在載人航天領域，工程人員很早就開始認識到再入地球通信黑障問題，并給予高度重視，獲得了一些可喜的研究成果。但由于理論模型的驗證和進行可信地面試驗等方面工作難度較大，到目前為止還未獲得具有普遍意義的工程實用解[13]。在我國深空探測領域，針對火星大氣進入的研究工作和火星大氣環境數據積累相對較少，這無疑對火星探測EDL過程黑障分析工作造成了相當大的困難。

針對黑障現象的防護及減輕技術，參考文獻[2]對國內外相關理論研究、工程實踐進行歸納總結，提出3類技術措施，包括改進探測器自身設計、降低天線附近自由電子密度和外加強磁場等，同時也指出每一項技術都有其自身的不足和局限性，并不能單獨、完全地解決問題。在實際應用中，需綜合考慮目標性能，合理選擇方式方法，多種技術措施結合使用，才能最大限度地提高通信質量。

5 啟示與建議

火星表面探測是當前航天領域的熱點之一， NASA、ESA、俄羅斯聯邦航天局均已對外公布了其即將開展的火星表面軟著陸探測[14]。在我國未來的火星探測任務規劃中，也可能對火星開展軟著陸探測。以往火星探測的成功經驗，對我國未來火星任務的開展具有重要的參考價值。通過對以往EDL過程通信方案研究、分析，可以得到以下啟示：

(1)EDL過程通信類型主要包括直接對地和中繼通信兩類。由于器地通信距離遠大于器間通信距離，一般器間通信速率高于器地通信碼速率2～3個數量級。器地通信鏈路可以完成關鍵事件完成情況等小數據量信息的傳輸，中繼通信鏈路可用于傳輸探測器健康、工作狀態遙測等大數據量信息。兩類鏈路若同時采用可以形成異構備份，提高通信系統可靠性。但根據“火星探路者”和鳳凰號的經驗，僅采用直接對地通信鏈路或中繼鏈路也可不同程度的實現EDL過程通信功能。

(2)EDL過程采用單向通信工作模式，火星軟著陸探測器僅作為發送方向地面站或火星軌道器發送遙測數據，無需采用上行或前向鏈路。首先，器地雙向通信時延和地面人員診斷、發送指令時間遠大于EDL過程持續時間，通過地面對探測器實施控制并不可行。其次，火星EDL過程中存在信號功率、頻率等大范圍波動情況，如高速進入過程中的黑障、降落傘展開、開傘后探測器擺動等，如果要求探測器重傳丟失遙測，將可能導致后續產生的實時遙測在有限的時間內無法傳回。

(3)EDL全過程通信支持。EDL過程作為火星軟著陸任務中的關鍵環節，應提供全過程支持。EDL全過程通信作用主要有三：首先，跟蹤探測器工作狀態，提高任務展示度。其次，利用如信號強度、多普勒頻移等無線電信號特性反演EDL過程相關數據為后續工程任務提供參考。再次，可作為任務失敗后原因分析的重要數據。針對可能導致通信中斷的環節，如黑障、開傘引發的高動態多普勒等問題，需要進行充分分析，并采取相應措施，使其工程影響降至最低。

(4)EDL通信天線一般選擇寬波束低增益天線。為適應EDL過程中軟著陸探測器較大的姿態變化范圍，保證通信雙方的可視性，提高可靠性，需要通信天線具有寬波束特性。但寬波束天線增益較低，將對鏈路性能造成一定損失，所以在確定天線波束時要從天線波束覆蓋范圍和鏈路性能兩方面進行考慮，選取平衡點。

(5)為保證EDL通信方案順利實施，在方案設計過程中還要重視以下內容。首先，通信弧度是EDL過程通信的重要前提，需要保證器地間或探測器間幾何可見。這就對任務總體設計層面提出了約束，如探測器火星大氣進入時機、進入方式，以及EDL過程中軌道器位置等。其次，通信方案應針對火星軟著陸探測任務實際開展設計，通信實現的技術途徑應緊密結合EDL過程時序，功能、性能設計與設備配置要圍繞全過程通信鏈路的可靠性、穩定性、實用性開展。

References)

[1]Schratz Brian C, Soriano Melissa, Ilott Peter, et al. Telecommunications performance during entry, descent, and landing of the Mars Science Laboratory[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 2014, 51(4): 1237-1250

[2]崔平遠, 竇強, 高艾. 火星大氣進入段通信“黑障”問題研究綜述[J]. 宇航學報, 2014, 35(1): 1-12

Cui Pingyuan, Dou Qiang, Gao Ai. Review of communication blackout problems encountered during Mars entry phase[J]. Journal of Astronautics, 2014, 35(1): 1-12

[3]Cooley C G, Lewis J G. Viking 75 project: Viking lander system primary mission performance report, NASA-CR-145148[R]. Washington: NASA, 1977

[4]Wood G E, Asmar S W, Rebold T A, et al. Mars Pathfinder entry, descent, and landing communications, Telecommunications and Data Acquisition Progress Report 42-131[R]. Pasadena: JPL, 1997

[5]Estabrook P, Barbieri A J, Edwards C D, et al. Mars Exploration Rovers: telecom system design and operation highlights, 20060043392[R]. Pasadina: JPL, 2004

[6]Kornfeld Richard P; Garcia Mark D; Craig Lynn E, et al. Entry, descent, and landing communications for the 2007 Phoenix Mars lander[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 2008, 45(3): 534-567

[7]Edwards C D, Barbieri A, Brower E, et al. A Martian telecommunications network: UHF relay support of the Mars Exploration Rovers by the Mars Global Surveyor, Mars Odyssey, and Mars Express Orbiters, 20070023754[R]. Pasadina: JPL, 2004

[8]Hurd William J, Estabrook P, Racho Caroline S, et al. Critical spacecraft-to-earth communications for Mars Exploration Rover (MER) entry, descent and landing, 20060043962[R]. Pasadina: JPL, 2002

[9]Lewicki Christopher A, Krajewski Joel, Ilott Peter, et al. Phoenix Mars scout UHF relay-only operations, 20070017405[R]. Pasadina: JPL, 2006

[10]Schmitz Peter, Signori Gina, Varghese Phil, et al. Telecommunications relay support of the Mars Phoenix lander mission[C]// 2010 IEEE Aerospace Conference. New York: IEEE, 2010

[11]Soriano Melissa, Finley Susan, Jongeling Andre, et al. Spacecraft-to-earth communications for Juno and Mars Science Laboratory critical events[C]// 2012 IEEE Aerospace Conference. New York: IEEE, 2012

[12]Edwards, Charles D, Arnold Bradford W, Bell, David J, et al. Relay support for the Mars Science Laboratory and the coming decade of Mars relay network evolution[C]// 2012 IEEE Aerospace Conference. New York: IEEE, 2012

[13]王家勝, 楊顯強, 經姚翔, 等. 鈍頭型航天器再入通信黑障及對策研究[J]. 航天器工程, 2014, 23(1): 6-16

Wang Jiasheng, Yang Xianqiang, Jing Yaoxiang, et al. On the communication blackout during reentry of blunt-nosed spacecraft and its eliminating approaches[J]. Spacecraft Engineering,2014, 23(1): 6-16

[14]Edwards C D, Barela P R, Gladden R E, et al. Replenishing the Mars relay network[C]// 2014 IEEE Aerospace Conference. New York: IEEE, 2014

(編輯：張小琳)

Telecommunication System Scheme for Mars Probe During EDL

LIU Shi HUANG Xiaofeng QIAO Xujun

(Beijing Institute of Spacecraft System Engineering， Beijing 100094， China)

Based on the characteristics of telecommunication for Mars EDL mission, the paper proposes technical challenges which include weak signal strength, highly dynamic Doppler shift, and blackout. The direct-to-earth and relay telecommunication scheme successfully used in the Mars soft-landing exploration, such as Viking, Mars Pathfinder, Mars Exploration Rover, Phoenix and Mars Science Laboratory are reviewed in terms of subsystem composition, communication ability and key equipment. Key techniques are introduced, such as relay communication, modulation, coding and blackout. Finally, some enlightenment for EDL telecommunication system scheme are proposed.

Mars exploration; soft landing; EDL; telecommunication

2015-06-23；

2015-07-07

劉適，男，碩士，工程師，從事深空探測器總體設計工作。Email：liushi19841984@sohu.com。

V443.1

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2015.04.016