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2月24日，中國首次(ci)火(huo)(huo)星探測任務天問(wen)一號(hao)再傳(chuan)喜訊。當(dang)日6時29分，天問(wen)一號(hao)探測器成功實施第(di)三次(ci)近火(huo)(huo)制(zhi)動，進入近火(huo)(huo)點280千米、遠火(huo)(huo)點5.9萬(wan)千米、周(zhou)期兩個火(huo)(huo)星日的火(huo)(huo)星停泊軌道。

事實(shi)上，在剛剛過去的春(chun)節假期，天(tian)(tian)問一號相當“忙碌”。2月(yue)10日(ri)，探測器(qi)抵達火(huo)(huo)星軌(gui)道(dao)，成(cheng)為中國(guo)首顆(ke)人造(zao)火(huo)(huo)星衛星；2月(yue)12日(ri)，天(tian)(tian)問一號火(huo)(huo)星捕(bu)獲過程影像(xiang)公開，從距離(li)地球1.9億公里(li)之外傳回新春(chun)的祝福；2月(yue)15日(ri)，天(tian)(tian)問一號成(cheng)功實(shi)施捕(bu)獲軌(gui)道(dao)遠火(huo)(huo)點平(ping)面機(ji)動……

進入停泊軌道(dao)后，天問一(yi)號(hao)探(tan)測(ce)器將在此運行(xing)約(yue)3個月，環(huan)繞器7臺載荷(he)將全部開機，開始科學探(tan)測(ce)，并為擇機著陸(lu)火星做好準(zhun)備(bei)。

制動捕獲闖難關

天(tian)問一(yi)(yi)號探(tan)測器在(zai)經過長途飛行后，如(ru)何及時(shi)制動并最(zui)終被火星捕(bu)獲(huo)，是任(ren)務(wu)中風險最(zui)高、難度最(zui)大的(de)環節之一(yi)(yi)，直接關系到探(tan)測任(ren)務(wu)的(de)成敗。

捕獲過(guo)程難在(zai)哪兒？探(tan)(tan)測器(qi)抵達(da)火(huo)星(xing)軌道附近時(shi)(shi)，距離火(huo)星(xing)只有400公(gong)(gong)里(li)，但(dan)相對(dui)火(huo)星(xing)的速(su)度卻高(gao)達(da)4至(zhi)5公(gong)(gong)里(li)每秒。因此(ci)，探(tan)(tan)測器(qi)必須點(dian)火(huo)制動、及(ji)時(shi)(shi)“剎車(che)(che)”。否則(ze)，如(ru)(ru)果制動時(shi)(shi)間過(guo)長、剎車(che)(che)踩早了，探(tan)(tan)測器(qi)就會一頭撞向火(huo)星(xing)；如(ru)(ru)果時(shi)(shi)間過(guo)短(duan)、晚踩剎車(che)(che)，探(tan)(tan)測器(qi)就會因速(su)度過(guo)快而飛離火(huo)星(xing)，無法進入(ru)環(huan)繞軌道。

在此過程中，探測器(qi)能夠被火(huo)星引(yin)力捕(bu)獲(huo)的(de)機會僅有一次，“窗口期”更是只(zhi)有半個小時(shi)。要(yao)(yao)想實現完美捕(bu)獲(huo)，天問一號不僅要(yao)(yao)靠地面的(de)指令，更要(yao)(yao)在關鍵時(shi)刻依靠自己的(de)“智慧”進行(xing)決斷(duan)。

在歷次嫦娥探月(yue)任務中(zhong)，中(zhong)國成功(gong)實(shi)(shi)施了(le)多次近(jin)月(yue)制動。雖然同樣是制動，近(jin)火(huo)制動的(de)(de)難(nan)度要比近(jin)月(yue)制動更大。地(di)(di)月(yue)平均距離(li)約38萬公里(li)，單向(xiang)通(tong)信時延(yan)只有1秒左(zuo)右。大多數情況(kuang)下，地(di)(di)面可以(yi)(yi)直接控制月(yue)球(qiu)探測(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)動作。但天(tian)問一號探測(ce)器(qi)(qi)被火(huo)星捕獲(huo)時，火(huo)星探測(ce)器(qi)(qi)距離(li)地(di)(di)球(qiu)約1.9億公里(li)，單向(xiang)通(tong)信時延(yan)達10分鐘以(yi)(yi)上。地(di)(di)面無法對制動過程進(jin)行實(shi)(shi)時監控，只能依靠探測(ce)器(qi)(qi)自(zi)(zi)主執行捕獲(huo)策略，這對于環(huan)繞器(qi)(qi)的(de)(de)自(zi)(zi)主導航與控制提出(chu)了(le)極高要求。

專家表示(shi)，為(wei)了精確把控發(fa)動機的(de)開關時機，環繞器(qi)在近(jin)火(huo)捕獲(huo)前需要由地(di)面對其進行精確的(de)無線電測(ce)(ce)定軌。除了無線電通(tong)信導航外，天問一號還首次利用光學(xue)導航敏感(gan)器(qi)作為(wei)備份導航工具，通(tong)過探測(ce)(ce)器(qi)上的(de)一雙“眼(yan)睛”實(shi)(shi)時觀測(ce)(ce)環繞器(qi)和(he)火(huo)星的(de)精確位置。地(di)面團隊可借此(ci)更直觀地(di)確認飛行軌道和(he)姿態(tai)，計(ji)算圖像中(zhong)火(huo)星的(de)幾何(he)中(zhong)心(xin)和(he)視半徑(jing)。天問一號可以通(tong)過最優估計(ji)算法自(zi)主(zhu)獲(huo)取實(shi)(shi)時位置和(he)速度信息，依靠可靠的(de)捕獲(huo)策略(lve)，確保進入(ru)環火(huo)軌道。

據了解，這是中國(guo)(guo)首次在行星際(ji)轉移飛(fei)行過程中應用光(guang)學(xue)自主(zhu)導航(hang)(hang)技(ji)術，中國(guo)(guo)也(ye)由此(ci)成(cheng)為(wei)世界上第(di)二個(ge)掌握并在軌驗證(zheng)火星光(guang)學(xue)自主(zhu)導航(hang)(hang)技(ji)術的(de)國(guo)(guo)家(jia)。

此外，在制動過程(cheng)中(zhong)，環(huan)繞器需(xu)要在自(zi)身(shen)出現(xian)突(tu)發狀(zhuang)況時自(zi)主(zhu)完成相應處(chu)理，以最大限度保(bao)證(zheng)火星捕獲成功。為了解決超遠(yuan)距(ju)離通(tong)信問(wen)題(ti)，火星環(huan)繞器還裝(zhuang)備了測控數傳一體化(hua)系統，實(shi)現(xian)了系統重量輕、通(tong)信效(xiao)率(lv)高、通(tong)信鏈路(lu)可靠(kao)的目標。

多維探測“打前站”

成功被(bei)火(huo)星捕(bu)獲并完(wan)成“繞、著、巡”的第一步后，天問(wen)一號還有(you)多項新任務(wu)——既(ji)要(yao)對火(huo)星開展(zhan)多維度探測，更要(yao)為(wei)下(xia)一步著陸火(huo)星做好準(zhun)備(bei)。

2月15日(ri)，天問一(yi)號進(jin)行遠火(huo)(huo)點平面(mian)機動(dong)，探測器(qi)的(de)飛行從繞著(zhu)火(huo)(huo)星赤道變成繞著(zhu)火(huo)(huo)星南北(bei)極。2月24日(ri)，探測器(qi)經過(guo)第三次近火(huo)(huo)制動(dong)進(jin)入火(huo)(huo)星停泊軌道。專家表示，這幾(ji)次軌道的(de)調(diao)整(zheng)，就(jiu)是(shi)為了讓天問一(yi)號“考察”之前(qian)選中的(de)著(zhu)陸點。

天問一(yi)號的探測(ce)器(qi)由(you)環繞(rao)器(qi)和著陸(lu)巡視(shi)器(qi)兩(liang)部分組成(cheng)。從發射到(dao)近火(huo)制動的過程中，環繞(rao)器(qi)主要(yao)承擔(dan)飛行任務；火(huo)星捕獲(huo)后，環繞(rao)器(qi)將為著陸(lu)巡視(shi)器(qi)進行著陸(lu)預報；成(cheng)功釋(shi)放(fang)著陸(lu)巡視(shi)器(qi)后，環繞(rao)器(qi)將作為通信器(qi)，為著陸(lu)巡視(shi)器(qi)建立與地球(qiu)之間的中繼(ji)通信鏈(lian)路；火(huo)星車3個(ge)(ge)月的工(gong)作結束后，環繞(rao)器(qi)還(huan)將繼(ji)續(xu)進行長達一(yi)個(ge)(ge)火(huo)星年即將近兩(liang)個(ge)(ge)地球(qiu)年的深度探測(ce)。

據專家介紹(shao)，為了給火(huo)星車和著(zhu)陸(lu)平(ping)臺“打前站”，環繞器(qi)將用(yong)攜帶的(de)中分和高分相機、磁強計、礦物光譜分析(xi)儀等設備(bei)對(dui)(dui)火(huo)星開展多維度探測(ce)，包括對(dui)(dui)預定著(zhu)陸(lu)區(qu)(qu)進行(xing)詳細(xi)的(de)地形、地貌探測(ce)，對(dui)(dui)著(zhu)陸(lu)區(qu)(qu)附近大(da)幅寬、大(da)面積的(de)區(qu)(qu)域進行(xing)沙(sha)塵暴(bao)探測(ce)，為火(huo)星探測(ce)任務第(di)二步(bu)的(de)“著(zhu)”提供預報，并擇(ze)機實施火(huo)星著(zhu)陸(lu)。

在(zai)天問一(yi)號探(tan)測(ce)器(qi)一(yi)路(lu)奔火的(de)途中(zhong)，中(zhong)國首輛(liang)火星(xing)(xing)車1∶1復制試(shi)驗車仍在(zai)持續進行(xing)地(di)(di)面驗證，為(wei)著陸(lu)后可能遇到的(de)情況(kuang)做準備。著陸(lu)巡視(shi)器(qi)在(zai)火星(xing)(xing)表(biao)面軟著陸(lu)成(cheng)(cheng)功后，火星(xing)(xing)車將在(zai)科學(xue)任(ren)務軌道上對火星(xing)(xing)的(de)地(di)(di)形地(di)(di)貌(mao)、土壤結(jie)構、水冰分布(bu)、表(biao)面的(de)物質成(cheng)(cheng)分以及火星(xing)(xing)的(de)空(kong)間環境進行(xing)探(tan)測(ce)，最終將形成(cheng)(cheng)火星(xing)(xing)全球圖(tu)。

麒麟(lin)、哪吒、追夢、星(xing)(xing)火……盡管中國火星(xing)(xing)車的(de)姓名尚未最(zui)終(zhong)出爐，但其“百般(ban)武(wu)藝”早已深(shen)入人心(xin)。火星(xing)(xing)車配備(bei)了能避開障礙、實施前行實時探(tan)測(ce)的(de)全(quan)(quan)景(jing)相機(ji)，識別礦物質成分的(de)多光譜相機(ji)。同時，火星(xing)(xing)車還裝有(you)4個“翅膀”——太(tai)陽(yang)能電(dian)池板(ban)。除此之外，火星(xing)(xing)車還配有(you)探(tan)測(ce)雷(lei)達、磁場(chang)探(tan)測(ce)儀和氣象(xiang)測(ce)量儀，可以對火星(xing)(xing)進行全(quan)(quan)方位探(tan)測(ce)。裝在火星(xing)(xing)車上的(de)次(ci)表層(ceng)探(tan)測(ce)雷(lei)達將對火星(xing)(xing)地(di)表以下10米(mi)甚至100米(mi)深(shen)度的(de)火星(xing)(xing)內部(bu)結(jie)構(gou)進行“透視(shi)”，探(tan)測(ce)巡(xun)視(shi)區(qu)表面(mian)土(tu)壤厚度、冰(bing)層(ceng)結(jie)構(gou)，獲取火星(xing)(xing)地(di)表和次(ci)表層(ceng)超寬帶全(quan)(quan)極化回波(bo)數據(ju)(ju)，并探(tan)測(ce)巡(xun)視(shi)區(qu)次(ci)表層(ceng)結(jie)構(gou)，獲取次(ci)表層(ceng)地(di)質結(jie)構(gou)數據(ju)(ju)。

中國首輛火星(xing)(xing)(xing)車的設計(ji)壽命為(wei)90個火星(xing)(xing)(xing)日。由于火星(xing)(xing)(xing)上的一天比地球略長（火星(xing)(xing)(xing)自轉周期約為(wei)24小時37分鐘），因此火星(xing)(xing)(xing)車將在火星(xing)(xing)(xing)上工作(zuo)92個地球日。

與環繞器火(huo)星(xing)捕獲相似，由(you)于(yu)地火(huo)遠距離數據(ju)傳輸(shu)的(de)時延，要求火(huo)星(xing)車(che)必(bi)須具(ju)有很高(gao)的(de)自主(zhu)能(neng)力。同時，火(huo)星(xing)光照強(qiang)度小(xiao)，再加上(shang)火(huo)星(xing)大氣對陽光的(de)削減作(zuo)用，火(huo)星(xing)車(che)能(neng)源(yuan)供給(gei)比月(yue)球車(che)更為困難(nan)(nan)——這些因素(su)都使得火(huo)星(xing)探測任(ren)務更具(ju)難(nan)(nan)度和復雜性。

【責(ze)任編輯：趙藝涵(han)】