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漫漫“奔火”路“刹车变轨”是关键 分离着陆难度高

绕、落、巡 “天问”问天三合一
7月23日12时41分 ， 中国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空 。 “天问”之旅的开启 ， 迈出了中国自主开展行星探测的第一步 。 探测器升空并进入地火转移轨道后 ， 将飞行约7个月的时间抵达火星附近 ， 通过“刹车”进入环火轨道 ， 并择机开展着陆、巡视等任务 ， 进行火星科学探测 。
一次性完成“环绕、着陆、巡视”三步走探测方案 ， “天问一号”的壮举在全球尚属首次 。 如果任务获得成功 ， 中国将成为世界上首次探索火星即完成软着陆任务的国家 ， 并成为继美国之后第二个完成火星漫游的国家 。
对宇宙的追问、对行星的探索 ， 寄托着中华民族的航天梦想 。 “天问一号”三合一的奔火之旅 ， 将获取珍贵的火星数据 ， 推动中国深空探测迈向纵深 。
漫漫“奔火”路
“刹车变轨”是关键
奔向火星 ， 考验重重 。 不论是长达7个月的地火飞行 ， 还是进入火星轨道的“刹车变轨” ， 抑或最远距离达4亿公里的测控通信……相比登月所跨越的38万公里 ， 地球到火星几千万公里的旅程 ， 充满着挑战和凶险 。
探测器在经过长途飞行后 ， 如何成功被火星的引力场捕获 ， 是任务中的关键点之一 。 利用火箭助推 ， 探测器获得了摆脱地球引力的能量 ， 使用精心设计的转移轨道 ， 探测器能够最终顺利抵达火星附近 。
据专家介绍 ， “天问一号”升空后的漫长旅途中 ， 科技人员会根据轨道的具体情况 ， 不断修正探测器的飞行方向 。 在飞向火星的过程中 ， 能够被火星引力捕获的机会只有一次 。 但在捕获时 ， 探测器距离火星仅400公里 ， 而探测器相对火星的速度高达4到5公里每秒 ， 因此到达火星附近时要及时“刹车” 。
首次火星探测任务新闻发言人、国家航天局探月与航天工程中心副主任刘彤杰介绍 ， 捕获过程中 ， 火星环绕器需要准确进行点火制动 ， 如果制动点火时间过长 ， 探测器速度下降过多 ， 探测器就会撞上火星 ， 如果制动点火时间过短、探测器速度过快 ， 就会飞离火星从而无法进入环绕轨道 ， 这对环绕器的自主导航与控制提出了极高要求 。
实现完美捕获 ， 主要靠“自己” 。 被火星捕获时 ， 火星探测器距离地球1.93亿公里 ， 单向通信时延达到10.7分钟 ， 地面无法对这一制动过程进行实时监控 ， 只能依靠探测器自主执行捕获策略 。
此外 ， 在制动过程中 ， 环绕器需要在自身出现突发状况时自主完成相应处理 ， 以最大限度保证火星捕获成功 。 为了解决超远距离通信问题 ， 火星环绕器还装备了测控数传一体化系统 ， 实现了系统重量轻、通信效率高、通信链路可靠的目标 。
“恐怖7分钟”
分离着陆难度高
被火星成功捕获后 ， 探测器便开始了在环火轨道上的飞行 ， 这个过程要持续几个月 。 但“天问一号”并非只是“绕圈奔跑” ， 同时还要为下一步的着陆停泊进行忙碌和准备 。
如何选择着陆地点？据专家介绍 ， 火星车重量约为200公斤 ， 由太阳能板供电 。 假使其在火星北半球降落 ， 供电系统可能会因阳光强度不足而受到影响 ， 所以比较理想的情况是在赤道附近着陆 。 目前可能的着陆区域为火星上最大的平原——乌托邦平原上的两个初步站点 。 地面控制环绕器上的高分相机将对首选着陆区进行详细勘察 ， 并拍照成像 ， 供着陆巡视器之后着陆 。
确定着陆区域后 ， “天问一号”将降轨转入两器分离阶段 ， 即环绕器与着陆巡视器分离 ， 火星车离轨着陆 。 与月球着陆情况不同 ， 火星软着陆动力下降过程时间很短 ， 而地面测控时延十几分钟 ， 因此要求控制系统具有更高自主性和实时性 。 环绕器需在短时间内完成3次调姿和2次变轨 ， 才能够精准、及时地完成与着陆巡视器的分离 。
尽管这一降落的过程仅有7分钟 ， 但被称作“恐怖7分钟”的降落过程却是整个任务的关键点 。 在此前 ， 世界上还没有一个国家能够在首次探索火星的过程中完成软着陆任务 。 不少航天专家指出 ， 着陆器登陆火星表面的过程可谓“惊心动魄” ， 必须迎接一系列高难度动作和挑战 。


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