根据任务要求,地面应用系统设置了运行管理、数据接收、数据预处理、数据管理和科学应用与研究5个分系统,其中数据接收分系统包括密云和昆明两个地面站,另外4个分系统分布在国家天文台本部,因此地面应用系统的设备和工作人员运行在北京密云地面站、云南昆明地面站和国家天文台总部三个地点。
(一)密云地面站
密云地面站位于密云水库北岸的不老屯镇,是上世纪六十年代开始建立的天文观测基地,占地约70亩,建筑面积约5000平米。密云站建有国内目前口径最大的50米射电望远镜,天线高56米,总重680吨,由结构、馈源和伺服控制三部分组成。天线座架采用轮轨方式,反射面直径为50米,共有七环、432块面板,其中内圈30米为实板面板,五环以外20米为6.5cm的丝网面。馈源系统采用主焦方式,目前有UHF、L、S/X、Ku四个组合共六个频段。
除50米天线外,密云站还为嫦娥工程配置了一套数据接收信道设备和任务支持设备,包括S波段高频接收机,中频基带处理系统,数据记录和落地存储设备,高精度的时频系统(高精度氢原子钟、时间比对设备、GPS接收、授时系统等),测量标校设备,以及支撑地面站工作的公共设备(如机房、空调设备、双回路供配电系统等)。为完成VLBI的测轨任务,密云地面站还配备了一套VLBI测量设备。
装备有50米天线接收系统的密云地面站,是我国目前数据接收能力最强的地面站,已成为我国深空探测和射电天文的重要设备,在嫦娥工程中承担着科学数据接收和VLBI精密测轨两项重要任务,并在“子午工程”中担负IPS检测和射电天文观测任务。密云50米天线还将承担更多的天体物理观测任务和国际合作,并将成为我国计划中的火星探测、国际紫外天文台(WSO)、夸父计划等深空探测项目中数据接收和VLBI精密测轨的重要设备。通过这些项目的执行和月球探测二三期工程的持续建设,密云地面站将成为我国接收能力最强的、国际著名的深空站。
(二)昆明地面站
昆明地面站位于云南省昆明市东郊凤凰山上,占地约40亩,目前有建筑面积约2000平方米。昆明地面站属于地面应用系统数据接收分系统的另一个数据地面站,同时也要承担VLBI测轨工作,其数据接收设备、数据落地记录设备、时间系统、VLBI设备和业务支撑系统的配置与密云地面站相同,唯一的差别是昆明站配置的是40米口径的射电望远镜。
昆明地面站40米天线是目前国内口径第二大的射电天线,天线重380吨,高42米,天线采用转台式结构,反射体由4块可调的面板组装而成,内径26米为208块铝合金蒙皮实体面板,其余外圈为256块不锈钢丝编织网(孔径4mm)。馈源采用卡塞格伦型后馈电方式,由圆锥波纹喇叭及馈电网络组成,是国内最大的转台式卡塞格伦型天线。
嫦娥1号卫星获得的探测数据,由这两个地面站同时接收,两套系统互为备份,以保证这些珍贵的探测数据得到可靠的接收。
(三)地面应用系统总部
地面应用系统总部是地面应用系统业务运行的核心,业务内容包括了除数据接收之外的运行管理、数据预处理、数据管理和科学应用与研究等4个分系统。
总部设于北京市朝阳区大屯路的国家天文台,主要设备包括5台高性能的计算机服务器,工作站,计算机终端,双机热备份的网络通信设备,海量、高性能的光纤磁盘和磁带库存储设备,大屏幕显示系统、不间断电源系统,语音调度设备、监视显示系统,以及大量针对探测任务开发的应用软件。
总部是整个地面应用系统业务运行的核心,负责整个系统的业务运行计划,调度地面站执行数据接收工作,监视嫦娥1号卫星及其科学仪器的工作状态,并通过上行指令和注入数据对有效载荷进行控制,因此是业务运行的中心。
总部还负责所有探测数据和科学数据的存储、备份、管理和发布,因此是月球探测的数据中心。
总部配置了一套高性能的信息处理计算机系统,负责对接收到的探测数据进行各种处理,生成数据产品,提供给科学家进行科学研究,因此是信息处理中心。
总部还需在首席科学家的带领下,开展嫦娥1号探测数据与图像的解译和反演,开展科学研究,完成预定科学目标的研究任务,因此也是一个科学研究中心。
总之,地面应用系统通过在三个地点配置的设备和工作人员的协调工作,共同完成嫦娥工程数据接收、数据处理、数据管理和科学研究任务。
球探测信号还存在时间