穿過4億千米與“天問”握手

周末，爸爸在家休息，正在看電視的姐姐小菲和弟弟小天突然呼啦一下圍了過來，嘰嘰喳喳地拋出了很多問題，非要纏著爸爸解答。爸爸正捧著一本科普雜志看得津津有味，拗不過兩個孩子的軟磨硬泡，就說：“好好好，你們一個一個來，有什么問題就問吧！”

小菲搶先開了口：“爸爸，剛才我和弟弟看到新聞說，咱們天津的武清區新建了一臺大望遠鏡，咱們一起去看看好不好？”

小天也使勁點起了頭：“是呀爸爸，咱們一起去看看吧！”

爸爸一下子笑了：“你們這兩個小滑頭，是不是又想出去玩了？”

小菲有點兒不好意思了：“咱們已經很久沒有出去玩過了！再說了，這臺大望遠鏡就建在武清區，離咱們這么近，您不是總說學習和實踐要結合到一起嗎，咱們這次正好做一個實地調研！”

小天也趁機起哄：“是呀是呀，實地調研！我們保證學得又快又好！聽說這臺大望遠鏡是射電望遠鏡，那里的科學家叔叔阿姨像爸爸一樣是白天工作晚上休息，咱們白天去參觀的話正好！”

“咦，看起來你們兩個倒是做了很充足的前期準備嘛。那我考你們一個問題，答上來的話我就考慮帶你們去參觀一下：這臺射電望遠鏡的主要工作是什么？”爸爸反將了一軍。

姐弟兩個一起撓頭：“要說射電望遠鏡的主要工作，爸爸以前給我們介紹世界上最大的射電望遠鏡——位于貴州平塘縣的五百米口徑球面射電望遠鏡（FAST）時講過，應該是在射電也就是無線電波段研究天體發出的信號，跟傳統的依靠光學的望遠鏡不一樣。這臺射電望遠鏡也是做這個的？”

揭開火星的神秘面紗

爸爸笑著說：“看起來你們準備得還不夠啊！既然這樣，我們今天就從頭聊聊這臺望遠鏡吧！我們先從火星說起。”

小菲和小天高興得手舞足蹈：“太好了，又能學到新知識了！”小天說：“前幾天語文老師還給我們講了一個火星公主的故事呢！”

小菲笑道：“火星公主？是不是地球人到火星上打怪物的幻想故事啊？那都是瞎編……”小天一聽就急了，反駁道：“那是美國的科幻小說，還是一本家喻戶曉的名著呢，流行了好多年了。”

眼看著孩子們開始斗嘴，爸爸趕緊插話道：“好了，今天我們不討論火星公主，咱們就了解一下真正的火星——那顆早在遠古時代就被咱老祖宗稱為‘熒惑’的戰神之星吧！”

“來，我先考你們一個問題，火星的英文怎么寫？”爸爸問道。

“我知道！是Mars。”小天搶先一步答道。

小菲也不示弱，拿出自己博覽群書的優勢，說道：“Mars音譯就是馬爾斯，古羅馬神話中的戰神。”

爸爸很高興：“回答正確！在中國古代，我們的祖先很早就開始觀察和記錄火星了，因為火星表面是紅色的，所以形容它像‘熒熒之火’。火星還有一個非常古怪的現象，就是運行軌跡很奇怪，有時是從東向西運行，還有時候從西向東運行，甚至有時候還會靜止不動。火星的這種行為讓古人很迷惑，所以稱火星為‘熒惑’。”

小天感嘆道：“火星確實很神奇啊！”

爸爸接著說：“火星在古人眼里很神奇，實際上，隨著現代科技的發展，我們對火星的認識逐漸加深，火星身上的神秘面紗一點點被揭開了。”

小菲不知道何時已經拿出手機開始查詢，她邊查邊說：“火星就像一個小地球啊！你們看，它的直徑只有地球的一半，自轉周期和地球差不多，也是24小時左右，但是表面重力只有0.38g（g為地球表面的重力加速度）。地球人到了火星上，就跟超人一樣，能‘飛’得老高！”

中國的火星探測計劃

爸爸語重心長地說：“自從開始探索太空，人類對火星的探測就沒有停止過。從1961年至今，人類已實施火星探測任務45次，但成功和部分成功的任務一共僅有22次，成功率僅有49%，實在太低了！咱們中國的火星探測計劃開始得比較晚，但卻后來居上，一次性就實現了‘繞、落、巡’三大任務。我們的第一個火星探測器有一個好聽的名字叫天問一號，火星車的名字叫祝融。”

此時，小天已經打開了視頻軟件，播放了一段天問一號發射時的視頻新聞。這段視頻介紹了我國發射的火星探測器的相關信息。

“在太陽系的八大行星中，火星可以說是人類除地球外最關注的天體。我國首次自主火星探測的意義，不僅在于探究火星生命的存在與否和演化過程等問題，還可借此了解地球的演化歷史、預測地球的未來變化趨勢，同時也為人類開辟新的生存空間尋找潛在目標。探測和研究火星，最終目的是為地球和人類社會的可持續發展服務。

“2020年7月23日，天問一號伴隨著運載火箭的轟鳴聲騰空而起，朝著4億千米外的火星飛去，歷經7個月時間，終于抵達目的地。此后，隨著祝融號火星車在火星表面安然落地，‘天問’之旅圓滿成功！天問一號探測器著陸火星，邁出了我國星際探測征程的重要一步，實現了從地月系到行星際的跨越，在火星上首次留下中國人的印跡，這是我國航天事業發展中又一具有里程碑意義的成果。”

穿過4億千米的“握手”

看完視頻，小天似乎有些不滿意：“爸爸耍賴！火星探測計劃我們都知道很重要，但是這跟武清的射電望遠鏡有什么關系呢？您是不是不想帶我們去參觀，所以在轉移話題呀！”

爸爸摸摸小天的頭：“別著急呀！你們想，火星車安全降落，正式開始工作，又是拍攝照片，又是采集土壤樣本。那么，還有一個很重要的問題需要解決，知道是什么問題嗎？”爸爸很期待地看著兩個眼睛亮晶晶的孩子。

\"是火星車的安全問題嗎？”小菲問。

爸爸搖搖頭。

“難道是火星車的壽命問題嗎？”小天問道。

爸爸還是搖搖頭：“安全和壽命問題都不難解決，其實啊，最難解決的是通信問題！”

“我們平時打電話可以通過5G通信系統，那么距離我們幾億千米遠的火星，該怎么和地球聯系呢？最主要的是，火星車拍了那么多照片，積累了豐富的信息，需要通過什么手段才能傳回地球呢？這才是最大、最需要解決的技術難題！”

“那要怎么解決呀？”小菲和小天齊聲問道，他們顯然被這個問題給吸引住了。

“當然通過超級天線接收啊！”爸爸笑道，“小菲，你還記得小時候我帶你回奶奶家，看到家里的房頂上安裝的那口‘大鍋’嗎？”

小菲點點頭：“記得呀，那是衛星天線！”

“對嘍！我們地球接收火星傳來的信息，也要通過類似的天線進行接收。火星探測只是我們進行深空探測的第一步。根據我國的深空探測規劃，后續還將進行多次月球、火星、木星及遠至太陽系邊緣的行星際深空探測。由于距離非常遠，信號衰減特別嚴重，地面接收到的探測器信號非常微弱，如果采用現有的單天線接收，無法滿足需求，得用更加強大的接收天線才行。但是單個天線的直徑是有限制的，不能無限做大，只能將多個不同地方的天線組合在一起，形成‘天線組陣’，組陣中的每根天線齊心協力，接收信號的能力就大大增加了。”

“知道我們國家最大的火星信號接收天線在哪里嗎？”爸爸最后問道。

“在哪里？”孩子們問道。

“就是新建的武清射電望遠鏡！”爸爸自豪地哈哈一笑，“沒想到吧，這個直徑70米的‘大鍋’，是亞洲最大的單口徑全可動天線。”

孩子們聞聽此言歡呼雀躍起來：“終于說到正題啦！看起來爸爸還是準備帶我們去參觀的！”

探秘GRAS-4

等孩子們平靜下來，爸爸對位于武清的火星探測天線進行了介紹。

原來，位于武清的火星探測天線主體工程于2020年4月24日吊裝成功，已經在2020年年底投入使用。武清的天線編號GRAS-4，與北京密云站GRAS-1（50米口徑）和GRAS-3（40米口徑）、云南昆明站GRAS-2（40米口徑）等天線聯合觀測，同時接收數據，以達到最大的接收性能指標，再進行數據合成，從而提高星地鏈路傳輸碼速率，為我國獲得更多的科學數據和更有顯示度的科學成果提供堅實基礎。

GRAS-4天線總重約2700噸，相當于3個40米天線，高72米，主反射面直徑70米，由16圈共1328塊高精度的實面板組成，面積相當于9個籃球場大小。它采用了很多新的技術，如傘性結構反射體支撐、主副反射面修正賦型技術和多頻段組合設計技術，在提高天線效率的同時減少了系統噪聲，提高了抗干擾能力，除了能接收火星探測的數據外，還能接收其他行星或其他深空探測的數據。

最后，爸爸用了一個比喻來形容天線與火星車的關系：火星探測天線的作用，就好像穿過了4億千米茫茫長路，與火星上的“天問”來了一次親密握手。

有了這根紐帶，遙遠的火星，從此距離地球越來越近了。