天问一号探测器进入环火轨道

2021-04-25杨璐茜高开源综合自国家航天局科技日报

国际太空 2021年3期

杨璐茜、高开源_综合自国家航天局、科技日报

天问一号探测器拍摄的火星高清影像

2021年2月10日，我国首个火星探测器天问一号终于飞抵火星，并成功实施捕获制动，精准进入环火轨道，正式开启了环绕火星阶段的探测任务。

2020年7月23日，天问一号探测器在文昌航天发射场成功发射，由长征五号运载火箭直接送入地火转移轨道。历经202天的太空航行，天问一号抵达火星时飞行里程约4.75×108km，距离地球约1.92×108km，器地通信单向时延约10.7min，各系统状态良好。

天问一号探测器拍摄的首幅火星图像

2021年2月10日19：52，天问一号探测器实施近火捕获制动，环绕器3000N轨控发动机点火工作约15min，探测器顺利进入近火点高度约400km，周期约10个地球日，倾角约10°的大椭圆环火轨道，成为我国第一颗人造火星卫星，实现“绕、落、巡”第一步“绕”的目标，环绕火星获得成功。

首次火星探测任务由地火转移阶段进入火星捕获阶段后，天问一号环绕器携带的中分辨率相机、高分辨率相机、磁强计、矿物光谱分析仪、离子与中性粒子和能量粒子探测仪等载荷陆续开始工作，对火星开展多维度探测。

成功“刹车” 制动时机和时长分秒不差

火星制动捕获是指探测器在抵近火星时，通过主发动机长时间点火，使得在行星际空间高速飞行的探测器大速度增量减速，从而能够被火星引力场捕获，进入绕火轨道。作为火星探测任务中技术风险最高、技术难度最大的环节之一，制动捕获的机会是唯一的，关系着整个工程任务的成败。

捕获过程中，火星环绕器需要准确地进行点火制动，只有点火时机和时长都分秒不差，才能形成理想的目标捕获轨道。本次制动捕获的成功，考验了地面测控系统深空高精度测定轨能力，进一步验证了火星环绕器的各项高可靠设计。

在此次火星探测任务捕获时，探测器的目标轨道距离火星最近处仅400km，一不留神就会撞击火星或飞离火星。地面测控系统的深空测控网和甚长基线干涉测量网通过接收探测器持续发射的高稳定度无线电信号，经过连续计算获得高精度的轨道数据，确保了探测器在预定的时间、预定的高度顺利进入捕获走廊，实施变轨动作。

天问一号制动捕获高清效果图

在制动捕获过程中，火星环绕器也面临着诸多困难。由于制动捕获时探测器距离地球1.92×108km，单向通信时延达到了10.7min，地面无法对整个过程进行实时监控，只能依靠探测器自主执行捕获策略。为了确保本次制动捕获成功，火星环绕器团队设计了器务自主管理器双大脑、姿轨控计算机三核心、测控通信多通道切换策略、发动机双关机策略、3000N和120N发动机两重保险等多项技术，极大地提升了系统的可靠性，为制动捕获过程探测器安全保驾护航。

完美“侧手翻” 绕火轨道“立”起来

2月15日17：00，天问一号探测器成功实施捕获轨道远火点平面机动。3000N发动机点火工作，将轨道调整为经过火星两极的环火轨道，并将近火点高度调整至约265km。

天问一号进入火星轨道后，飞行轨迹是一个绕着火星的椭圆形，远火点则是这个椭圆轨迹上距离火星最远的一点。“远火点平面轨道调整”就是将天问一号的绕火星飞行路线从“横着绕”变成“竖着绕”，相当于来了个“侧手翻”，这样天问一号就能够对火星的两极进行拍摄，从而完成对火星全球的遥感成像任务。

2月24日06：29，天问一号探测器成功实施第三次近火制动，进入近火点280km、远火点5.9×105km、周期2个火星日的火星停泊轨道。探测器将在停泊轨道上运行约3个月，环绕器7台载荷将全部开机，开始科学探测。同时，载荷中的中分辨率相机、高分辨率相机、光谱仪等将对预选着陆区地形地貌、沙尘天气等进行详查，为择机着陆火星做好准备。