技术摘要：
本发明涉及深空探测技术领域，公开了一种适用于火卫一探测任务的深空通信系统，即一方面通过在火星侧布置运行在特殊极地轨道上的火星极地卫星，可使得在探测器与火星极地卫星之间始终不会出现障碍物来阻挡分米波通信，实现火卫一至火星间分米波通信链路全周期不中断目 全部
背景技术：
自1957年10月4日第一颗人造卫星上天后，人类从未停止过对于整个太阳系探索 的好奇心。至今为止，已经有超过160个探测器被发送到深空中用于探索太阳系。尽管如此， 也仅探索了太阳系的极小一部分，还有很多的行星、小行星、矮行星和行星卫星（例如火卫 一、木卫二、木卫四和土卫六等）等待被探索。 火卫一福布斯（Phobos）是距离火星最近的一颗天然卫星，其显著的不规则形状和 极小的尺寸在太阳系行星的天然卫星中非常罕见，其起源问题也一直处于争议之中，同时 由于火卫一已经被火星潮汐锁定，使得火卫一的一面总是朝向火星，是观测火星的好地方 以及可以避开太空辐射，是未来火星考察的前哨站，因此火卫一是天文研究和深空探测的 热点目标之一。早在1971年，“水手9号”探测器就获得了火卫一的近距离图像，以及在20世 纪70年代末“海盗1号”和“海盗2号”也分别获得了火卫一的图像数据，之后，前苏联和俄罗 斯相继发射了三颗火卫一探测器，但是这些任务都失败或者没有达到预定的科学目标。最 近，欧洲航天局和日本航天局分别提出了以火卫一和火卫二为探测目标的任务，激起了新 一轮的火星卫星探测热潮。虽然我国的火星探测起步晚，迟至2020年才正式开启“天问1号” 火星探测任务，但是在不久的将来，也将开启针对火卫一的特别探测任务。 目前用于执行火卫一探测任务的深空通信系统还没有完整公开，估计仍然是基于 火星探测的现有地球-火星通信系统，其通信方式有如下两种：（1）直接通信，即地面深空探 测设备与探测器测控设备直接建立通信链路，完成数据收发和轨道测量；（2）中继通信，地 面深空探测设备通过在轨飞行的中继星（配置中继终端）接力，完成与其他探测器（例如轨 道器或火星表面探测器）的数据收发和轨道测量。不论采用何种现有通信方式，都将因火卫 一的特殊性而不能全周期持续通信，即一方面由于火星的公转周期为687个地球日，而地球 公转周期为365个地球日，因此大约每隔26个月就会因“火星合日”现象（即当地球和火星运 行到太阳相对的两侧，使得太阳位于地球和火星中间，此时从地球上看到火星完全被太阳 遮蔽，这种现象称为“火星合日”，太阳的强烈辐射会干扰甚至切断地球与火星间的通信）而 不得不中断地球-火星通信。例如在2019年8月28日至9月7日之间，美国航天局就不得不中 断火星探测器与地球的通信，长达十天左右。另一方面，由于火卫一公转轨道低，距火星表 面距离约6000千米，公转周期为7小时39分，而火星直径就有6794KM，意味着火卫一每公转 一圈就会有1～2小时因火卫一位于火星背面（相对于地球）而临时中断通信。 另外，现有的地球-火星通信系统还存在如下不足：（1）针对地面深空探测设备和 探测器测控设备，均存在天线口径大和发射功率高的缺陷，目前国际上用于深空探测的地 面天线口径最大达到70米，探测器天线口径也有数米（例如美国火星勘察轨道器上配置的 高增益天线口径就达到3米），以及发射功率可达到数十乃至数百千瓦，严重影响探测器的 4 CN 111591466 A 说 明 书 2/11 页 使用寿命；（2）地面深空探测设备需全球多点布置，例如，为了适应我国月球和火星等深空 探测任务需求，我国已建成了包括佳木斯66米（指地面天线口径，后同）、喀什35米和阿根廷 35米三个深空测控站在内的全球布站的深空测控网，但是海外站点易受地缘政治影响；（3） 行星间的通信速率有限，数据传输慢，例如，好奇号与地球的直接数据带宽大约为8 kb/s左 右, 奥德赛轨道器与地球的带宽也仅为256 kb/s。
技术实现要素：
为了解决现有火卫一探测任务所面临的不能全周期持续通信、设备天线口径大、 发射功率高、地面设备需全球多点布局而导致易受地缘政治影响和行星间通信速率有限的 问题，本发明目的在于提供一种适用于火卫一探测任务的新型深空通信系统。 本发明所采用的技术方案为： 一种适用于火卫一探测任务的深空通信系统，包括探测器、火星极地卫星、绕日轨道星 座、同步轨道星座和地球地面站； 所述探测器在火卫一的准同步轨道上围绕所述火卫一公转，所述火星极地卫星在火星 的极地轨道上围绕所述火星公转，所述绕日轨道星座包括有至少三颗在绕日公转轨道上围 绕太阳公转的且环向等间距布置的绕日公转卫星，所述同步轨道星座包括有至少三颗在地 球同步轨道上围绕地球公转的且环向等间距布置的地球同步卫星，其中，所述火星极地卫 星的公转周期为所述火卫一的公转周期的两倍，所述绕日公转轨道位于地球公转轨道与火 星公转轨道之间； 所述探测器与所述火星极地卫星的相对运动初始条件满足：所述火卫一经过火卫一公 转轨道与所述极地轨道的所在平面的第一交点，所述火星极地卫星也经过所述极地轨道与 所述火卫一公转轨道的所在平面的第二交点，所述第一交点和所述第二交点分别位于所述 火星的同一侧； 所述探测器通过建立的分米波通信链路与所述火星极地卫星交互上下行数据，所述火 星极地卫星通过建立的第一激光波通信链路与所述绕日公转卫星交互所述上下行数据，所 述绕日公转卫星通过建立的第二激光波通信链路与所述地球同步卫星交互所述上下行数 据，所述地球同步卫星通过建立的Ku波通信链路与所述地球地面站交互所述上下行数据， 其中，所述上下行数据包含有向所述探测器发送的上行遥控数据和向所述地球地面站发送 的下行探测数据。 基于上述
