天问一号|发射成功，天问一号八大闯关之旅正式开启！( 二 )
霍曼转移轨道的理论认为：在地球出发时（假设地球火星均为圆轨道） ， 探测器需要达到32.7千米/秒的速度 ， 超过地球本身的速度（29.8千米/秒） ， 加速 。 在抵达火星时 ， 探测器速度为21.5千米/秒 ， 低于火星运动速度（24.1千米/秒） ， 再次加速 。 不过由于火星引力加速和大部分任务目标是环绕火星等原因 ， “再次加速”实际上是火星附近制动工作 ， 以切入环绕火星轨道 。 飞行过程中 ， 为应对外力可能造成的轨道偏移 ， 也仅需推进系统短暂工作微调 ， 绝大部分时间自由飞行 。
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整体上 ， 霍曼转移方案非常简单 ， 轨道是半个椭圆 ， 链接了地球轨道和火星轨道 ， 全程在6-11个月时间 。 它能够最大限度节省推进剂 ， 最大限度减少操作 ， 是人类火星之旅的最优方案 。
第三关 ， 天问一号已经在切入霍曼转移的路上！
第四关：深空导航制导与控制
茫茫深空 ， 漫漫长路 ， 此前各个探测任务采用的霍曼转移轨道普遍在4-7亿千米的长度 ， 6-11个月的旅程 。 天问一号的轨迹耗时7个月左右 ， 预计于2021年2月中才能抵达火星 ， 需要走过的路已经远远超过了中国此前的航天任务 。 我们熟悉的天宫和神舟任务距离地球表面仅400千米 ， 北斗星座距离地球表面仅20000-36000千米 ， 嫦娥距离地球38万千米 。 但它们相比天问一号而言都可以用“微不足道的距离”来形容 ， 这也意味着对天问一号的导航制导与控制变得异常艰难 。
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一方面 ， 在出发阶段 ， 需要陆基测控站和万吨级远望系列航天测量船全程保驾护航 。 出发后 ， 需要庞大的深空探测天线网络覆盖整个天域 ， 保证它在整个探测火星过程中都能跟地球有效通信 ， 要知道 ， 天问一号距地球最远的时候 ， 地球和火星距离将达到4亿千米 ， 这个距离单程都需要光速飞行22分钟！
另一方面 ， 天问一号也需要自主导航和控制 ， 精准确定自身位置和姿态 。 例如利用恒星敏感器把自己的姿态确定到角秒级的精度 ， 而1角秒仅仅是1度的3600分之一！
第四关 ， 地球上的中国航天人和太空中的天问一号 ， 正常通讯中！
第五关：“绕、着、巡” ， 一个都不能少
人类探测火星60年来 ， 共有四种任务类型：惊鸿一瞥的“飞掠” ， 登高望远的“环绕” ， 观天测地的“降落”和自由移动的“巡视” 。 其中 ， “飞掠”仅是在早期技术不成熟或其他任务兼职探测火星时使用 ， 另外三种是近些年来的任务类型主力 。
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其中 ， 环绕器（轨道器）能长期环绕火星 ， 采集海量的数据 ， 全方位研究火星磁场、大气、重力场、水、浅层土壤、地质地貌等方面 ， 还能起到信号中继作用 ， 服务于降落在火星表面的着陆器和巡视器 。 着陆器能仔细研究火星表面的各种细节 ， 但由于重量和自身能量限制 ， 无法移动和自由巡视 。 巡视器可以随处移动 ， 意义不言而喻 ， 它的质量能更多集中于科研载荷 ， 从事多地点多方面的精细研究 。
一般而言 ， 火星探测任务都会采取“绕”、“着”、“巡”分开的形式以降低难度 。 即便如此 ， 几十年来人类探测火星的任务成功率仅有一半左右 。 而这次天问一号的选择是：“小孩子才做选择 ， 绕、着、巡 ， 我都要”！它包括了环绕器、着陆器和巡视器三个部分 。
第五关 ， 极度复杂的火星探测任务正在路上！
第六关：切入轨道 ， 静待时机
经过近7个月的长途旅行 ， 2021年2月中 ， 火星终于出现在眼前 ， 天问一号也将被火星引力俘获 。 环绕器此时要执行最为关键的一步：制动进入环绕火星轨道 。 为最大限度节省推进剂 ， 天问一号的三个部分将会整体进入环绕火星的大椭圆轨道中 ， 没必要追求更消耗推进剂的圆形轨道 。
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