链接天与地的“管家”

□ 王舒颖

不管嫦娥二号飞入到月宫巡游，到拉格朗日L2点旅行，还是与小行星正面“交锋”，地球上的“管家”都会为她服务，会随时给她提供各种日程提醒与指令。在她把探测获取的信息源源不断地从九天之外发回地球时，地面的“管家”还要接收、处理、存储和分析这些信息……这个连接着“天”与“地”的“管家”，就是探月工程中的地面应用系统。

嫦娥工程的地面“管家”

地面应用系统是唯一一个因嫦娥工程而新组建的系统，是我国第一个深空探测的应用系统。嫦娥二号的地面应用系统由中国科学院国家天文台为主承担。它由三部分组成，一是国家天文台的总部，由数据的运行管理、数据的预处理、数据存储管理和科学应用四个分系统组成。二是由北京密云地面接收站组成的数据分析系统。三是云南昆明地面接收站组成的数据接收系统。这两个地面接收站是负责地球和卫星之间的桥梁，是地面应用系统要求最严格、可靠性要求最好的桥梁。

“嫦娥二号”地面应用系统的任务分为三个阶段。

第一阶段，即工程的方案和设计阶段，地面应用系统要在首席科学家的领导下制定工程的科学目标与探测计划，包括确定有效载荷的类型、技术指标和配置。

第二阶段，即业务运行阶段，要对载荷的运行状态进行监视，并利用两个数据接收天线，对数据进行接收、存储、分发和处理。在这个过程中，两个地面站要利用天线跟踪和捕获卫星，收集无线电信号，并利用相关设备对信号进行处理和存储。存储的数据将及时传回总部——国家天文台，继续进行数据的生产。

第三阶段，地面应用系统要组织人员对各种有效载荷获取的探测数据进行解疑、反演和科学应用研究，“嫦娥二号”的相关论文、图像、地图等均属于第三阶段的成果。简而言之，地面应用系统是体现既定科学目标及科学价值的研究与应用中心。

用数据与图像“翻译”月球

“地面应用系统最重要的就是怎么把数据接收下来。”探月工程地面应用系统总设计师李春来曾说。

为了适应嫦娥二号的任务需求，地面应用系统针对嫦娥二号的技术要求进行了相应的改造工作。一是将地面站传输数据的带宽拓宽，由原来的3兆码速率增加到12兆，增强了数据接收的能力，从而保证有效载荷获得的高分辨率数据能尽快传回地面。二是根据嫦娥二号的科学仪器状况，对地面应用系统管理仪器、软硬件的系统进行改造，同时扩大数据存储量。此外最重要的是更新地面应用系统的数据处理系统，增强计算能力，确保对嫦娥二号海量数据的处理。三是做好嫦娥二号科学数据处理的技术方案。

嫦娥二号一共有7台有效载荷，据中国探月工程地面应用系统主任设计师温卫斌介绍，在拓展任务中，针对工作能力和工作状态选择了其中4台有效载荷，继续发挥它的预热。嫦娥二号卫星上搭载的太阳风离子探测器、太阳高能粒子探测器、X射线谱仪及γ射线谱仪等有效载荷，将探测地球远磁尾的带电粒子，并对可能的太阳X射线爆发和宇宙γ爆等进行观测，获取科学数据，提高对日地空间环境的认识。这4台有效载荷从2011年5月底开始拓展任务，总共累计工作时间约3500小时，地面接收的数据大概有206GB。目前这些数据还在进一步的分析中，并已经取得了部分重要的分析成果。

最终，嫦娥二号在地面应用系统的支持下，获得7米分辨率、100%覆盖全月球表面的全月球影像图，并成功控制卫星的主发动机实施降轨，对虹湾区域进行高清晰成像，又获得了幅宽6千米左右的16轨图像，对进一步了解虹湾区域的地形地貌，为嫦娥三号着陆区域的选择提供了宝贵的信息。

这些宝贵数据的获得有着重要的意义。一方面，这些数据为我们进行月球探测、太阳探测，乃至行星际空间探测，尤其是研究地球和太阳的相互作用等，都积累了丰富的数据与经验。另一方面，嫦娥二号在距离地球700万千米的深空对图塔蒂斯小行星拍照并成功实现数据的传输与处理，进一步验证了我们的深空数据接收能力。

北京密云地面接收站50米口径天线

有力推动全球月球探测的发展

截至去年年底，嫦娥二号共获得15TB的数据(10TB大约等于一个人脑的存储量)，这些数据通过网络向全世界发布，现共有包括港、澳、台30多家科研机构和高校获得了嫦娥二号的数据，并在此基础上展开了相应的研究。

月球探测获得的数据对整个国家的学科建设与科学研究都有非常重要的促进作用，大大推动了我国月球探测与未来的行星探测的科学研究。以我国国家自然科学基金与探月相关的项目申请为例，在2001年时还没有相关项目，2008年有6项基金，到2011年达到26项。同时，国家“863”计划也增加对月球探测数据的开发与应用项目。一些高校也开始重视对月球探测的研究。2009年教育部以湖南大学为基础，联合包括北大、清华在内的20多所高校，成立深空探测联合研究中心，开展对月球探测和行星探测的数据研究。

据地面应用系统副总设计师刘建军介绍，用户可以在国家天文台的官网进行申请，在月球探测中心批准审核通过后，会由国家天文台对外发布数据。目前，数据发布网站上已有2000多个注册用户。