2020年7月23日，我国首个火星探测器已出征奔向深空，将一步实现火星“绕、落、巡”探测。其中，环绕器环绕火星开展科学探测并为巡视器提供中繼通信服务，着陆巡视器在火星表面开展巡视勘察。
　　首次火星探测任务是我国第一个真正意义上的深空探测任务， 也是我国深空探测工程的首发任务。所谓深空测控，就是对运行中的深空航天器进行跟踪、遥测和遥控以及数据传输，以确定航天器飞行轨道和空间位置，监视航天器各分系统或部件的工作状态，向航天器发送控制指令。它将对我国深空航天器的设计制造、深空测控和深空科学探测能力进行全面检验，积累深空探测任务工程实施的经验，为后续深空探测任务的实施奠定基础。

什么是深空探测网？

　　深空测控系统是用于深空探测任务航天器跟踪测量、监视控制和信息交换的专用系统，其在深空探测任务中具有不可替代的重要地位和作用。深空测控系统一般由深空航天器上的星载测控分系统、分布于地面的深空测控站、深空任务飞行控制中心以及将地面各组成部分连接在一起的通信网组成。通常，将地面的多个深空测控站组成的测控网称为深空测控网，特指专门用于深空航天器测控和数据传输的专用测控网。其特点是配有大口径抛物面天线、大功率发射机、极高灵敏度接收系统、信号处理系统以及高精度高稳定度时间频率系统，能完成对距离地球200万千米以远深空航天器的测控任务。
　　为了克服地球自转影响，实现对深空航天器的连续测控覆盖，深空测控网的布局通常是在全球范围内经度上间隔约120??布站，这样就可以确保对距离地球表面距离3万千米以上的航天器进行连续测控。图1为美国国家航空航天局（ NASA ）深空网布局对不同轨道高度航天器的测控覆盖示意图。
　　我国深空测控系统是伴随着探月工程“绕、落、回”三步走的战略步伐逐步建设和发展起来的，历经了探月工程一期利用服务于地球轨道卫星任务的航天测控网完成40万千米以远目标测控任务，实现了远距离测控技术的突破。

　　目前，探月工程二期建设了国内喀什和佳木斯两个深空站，初步具备了独立实施深空探测任务测控支持的能力。在探月工程三期中，我们建设了位于南美洲阿根廷的第三个深空站，从而形成了全球布局功能体系完备的深空测控网。其中，北京航天飞行控制中心作为中国月球与深空探测任务的操作控制中心，负责完成深空探测任务全过程的操作控制和运行管理工作。

我国深空探测网现状

　　目前，我国深空探测网包括佳木斯、喀什、和阿根廷三个深空测控站在内的全球布站的深空测控网，具备支持各类月球和深空探测任务的多频段遥测、遥控、数据接收和跟踪测量等功能，对深空航天器的测控覆盖率达到了90%以上，各项技术性能指标也达到国际先进水平，是目前世界上功能完备、全球布局的三大深空测控网之一。随着技术的进步，我们深空测空网络采用的测控频率在逐步提升，这也使得测控精度、通信速率和作用距离大幅提升。

首次火星探测任务的测控挑战

　　在我国首次火星探测任务中，深空测控网的测控支持距离将从探月工程的40万千米进一步延伸到4亿千米远。相比于月球探测任务，测控距离增大了约1000倍，而无线电信号的传播衰减是与距离的平方成反比的，这样就带来了巨大的信号衰减。也就是说，航天器发射相同功率的信号，相比于月球探测任务，在火星距离地球最远点时，地面只能收到原来信号的100万分之一。
　　为了提高深空测控网的接收能力，在我国喀什深空站建设了3个35米口径新天线，与原有的1个35米天线组成天线阵系统，通过天线组阵接收技术，使得喀什深空站在X频段深空任务接收能力达到与佳木斯深空站66米深空测控设备相当的水平，从而实现了更强更远的测控能力。所谓天线组阵接收技术，就是利用地面多个天线组成天线阵列，将各个天线所接收到的信号进行合成，从而达到等效增大天线口径的效果，以实现遥远距离信号的有效接收（图5）。

　　此外，在此次任务中还采用了我国清华大学发明的具有自主知识产权的 LDPC 信道编码，进一步提升了首次火星探测任务的数据接收性能。
　　火星到地球的距离最近约为5500万千米，最远距离则超过4亿千米。而4亿千米远的距离，无线电信号以每秒30万千米的速度传播，单程的传播时间就要达到约22分钟，即使是距离最近的时候，也要有约3分钟延迟。这样大的时间延迟给测控任务的实施也带来了很大的挑战。比如，当地面深空测控站接到信号时，这个信号是航天器在22分钟前从火星发送来的;而地面深空测控站向火星探测器发射信号后，也要等22分钟才能到达火星。因此，地面的任务中心就必须谨慎考虑这种大的时间延迟给火星探测任务飞行控制所带来的影响，稍有差池就有可能引发灾难性后果。

结束语

　　2020年是火星探测活动的窗口期，火星探测是该年国际航天发射活动中的绝对亮点。此刻，“天问一号”正在前往火星途中。我国的深空测控网将全力为其提供测控支持，全部6套大口径深空天线将全部投入使用，首次实现对4亿千米深空探测器的遥测、遥控和轨道测量。让我们共同祝愿它顺利登陆火星，为我们上演一部中国人自己导演的火星探测大片。