GRAS-4天線為輪軌式全可動卡塞格倫天線，工作頻段為S、X和Ku。該天線採用了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降低了旁瓣電平，減少了系統噪聲，提高了抗干擾能力。總重約2700噸，主反射面直徑70米，由16圈共1328塊高精度的實面板組成。
基本介紹
- 中文名：GRAS-4天線
- 用途：數據接收器
發展歷史,結構設計,套用,價值意義,
發展歷史
GRAS-4天線於2018年10月開工建設，計畫於2021年2月進行驗收。GRAS-4天線開工後到2018年12月是樁基礎施工階段，2018年12月到2019年1月是天線拼裝場地施工階段，2019年1月到4月是天線基礎整體施工階段，2019年3月到5月是天線反射體拼裝及座駕拼裝前準備階段，2019年5月到2020年5月是天線座駕拼裝及主要部件吊裝階段。2020年4月25日，GRAS-4天線成功實施完成了天線反射體的整體吊裝。目前GRAS-4天線已經完成了全裝和天線設備安裝調試，準備進行驗收工作。
結構設計
GRAS-4天線採用了主副反射面修正賦型技術和多頻段組合設計技術，既提高天線效率又降低了旁瓣電平，減少了系統噪聲，提高了抗干擾能力。為了克服龐大的天線結構帶來的重力、日照和風載等形變，設計中採用了反射體保型設計、副面隨動和反射體溫度場控制等專項技術。在國內首次採用了反射體背架的傘形支撐結構，降低了反射體背架變形不均勻的影響，提高了反射面精度。實現了天線主反射面的面形精度在最佳仰角0.35mm（RMS，俯仰48°），全仰角優於1mm。針對天線形變指標要求高，易受環境因素影響的技術難題，在天線反射體和座架等關鍵部位布設了溫度、傾斜儀、雷射掃瞄器和氣象儀等感測器，進行長期的監測研究。
無線電波經過主反射面和副反射面反射，最後聚焦於被稱為饋源的接收裝置，工作波段的選擇和切換通過轉動裝著饋源的機械轉盤來快速完成。天線的工作波長從20厘米到7毫米，目前共有S/X、X和Ku三組饋源，後續探月和深空探測任務中將增加Ka頻段的饋源。其中，由於X頻段為首次火星探測和後續深空探測任務的主用頻段，為了保證可靠性和S/X雙頻同時觀測的需求，GRAS-4天線分別配備了S/X雙頻饋源和單X饋源，在接收設備故障時可以通過換饋實現快速切換。
GRAS-4天線的主反射面採用全實面板，整個反射體結構重達450噸。天線反射面的面形精度是決定天線性能的關鍵指標之一。在受到重力、風力、溫度和載荷等因素的影響下，天線結構會發生較大變形，嚴重影響反射面的面形精度。為了確保天線在各種工作環境下都能高效接收信號，需要對天線結構特別是反射體的變形進行控制。GRAS-4天線在設計中採用了反射體保型設計、副面隨動、反射體溫度場控制等專項技術控制天線尤其是反射體的變形，提高了反射面精度，天線主反射面的面形精度在不同俯仰角度均優於1毫米。
GRAS-4天線的現場總體施工主要包括天線基礎施工、軌道安裝、座架安裝、反射體拼裝、伺服控制設備安裝和調試、饋源網路設備安裝、主反射面精調、饋源和副反射面位置精調、射頻和控制性能調試等幾個關鍵流程。
套用
GRAS-4天線建成後，將成為亞洲最大的單口徑全可動天線，能夠大幅度提高我國深空探測下行數據的接收能力，為完成“天問一號”任務以及後續的小行星、彗星等深空探測提供堅實基礎。
價值意義
GRAS-4天線的成功建立大幅度提高了我國深空探測下行數據的接收能力，不僅為完成我國首次火星探測任務，也為後續的小行星、木星和太陽系邊際等深空探測提供了堅實的基礎。探索宇宙奧秘是人類共同的使命，和平利用開發太空資源，造福人民，是人類共同的責任。深空探測永無止境，GRAS-4天線作為探索宇宙奧秘的“順風耳”，將進一步推動我國深空探測事業的發展和促進人類科技進步做出巨大貢獻。
