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天问一号计划于5月至6月择机实施火星着陆

发表于话题:中国火星天团亮相
发布时间:2021-05-18

北京时间2月10日19时52分,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15分钟,探测器顺利进入近火点高度约400千米,周期约10个地球日,倾角约10º的大椭圆环火轨道,成为中国第一颗人造火星卫星,实现“绕、着、巡”第一步“绕”的目标,环绕火星获得成功。

中国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、离子与中性粒子探测和能量粒子探测器等载荷将陆续开始工作,对火星开展多维度探测。

自2020年7月23日成功发射以来,天问一号探测器已累计飞行202天,完成1次深空机动和4次中途修正。抵达火星时,天问一号探测器飞行里程约4.75亿千米,距离地球约1.92亿千米,器地通信单向时延约10.7分钟,各系统状态良好。

天问一号这次“太空刹车”必须一次成功。科研人员是如何做足预案,让天问一号探测器精准踩下“刹车”,成功实施火星捕获的?记者采访相关专家,一探究竟。

天问一号传回首幅火星图像。国家航天局供图

必须一次成功

在临近火星时,天问一号环绕器启动其配备的发动机进行推力减速,将速度降低至能够被火星引力捕获,成为一颗环绕火星的卫星,否则探测器将飞越火星继续围绕太阳公转。对于天问一号来说,近火制动只有一次机会,一旦错过了,下一次合适的窗口期就得再等上很长时间。

打个比方,地火转移轨道就像是一条以太阳为中心的椭圆形闭环高速,火星只是这条高速上的一个出口,一旦探测器不能及时刹车、从火星出口下高速,那就只能多绕一圈到下次路过该出口了。

2010年12月日本的“拂晓号”金星探测器就由于发动机故障而未能及时完成金星捕获制动,直接飞越金星。直到2015年12月,它才再次回到金星附近,此时它已经接近寿命末期,还好后来捕获成功,不然就“此情可待成追忆”了。

在这关键的刹车段,中国航天科技集团研制团队设计了相当靠谱的“刹车”方案,不仅可以准确判断是否降至目标速度,在发动机推力减速控制的过程中,还可以全自主地对发动机推力的大小和方向进行实时判断,并自主更新刹车参数及相应的控制算法,确保可靠、精准完成刹车。

1.92亿公里外的全自动“刹车”

“对于轨道设计来说,近火制动这脚刹车力道大小是极为考究的,踩得太轻,就会飞离火星;踩得太重,则会对后面的飞行时序产生巨大影响。”天问一号轨道主管设计师高珊用生动的比喻来描述近火制动。

火星引力的“捕获窗口”有限,要求探测器在15分钟内将速度从28km/s(公里每秒)降低至约1km/s。与常规卫星可以由地面实时操控不同,“制动捕获”过程中,天问一号探测器距离地球约1.92亿公里,地球与探测器之间的数据通信单向时间延迟超过10.7分钟,探测器必须完全依靠自身来完成发动机点火和关机,克服发动机点火期间的扰动,并实现点火方向和点火时长的精确控制。

天问一号环绕器副总设计师朱庆华说,“在失去地面实时测控的环境下,我们只有通过方案设计,充分考虑发动机推力存在偏差、探测器质心不断变化等情况,全自动地执行精确轨道控制,再通过多因素组合的测试和仿真分析,让控制方案更加可靠。”

航天“天团”全程护送

天问一号探测器在2020年7月23日从地球出发,历经炎炎夏日、飒飒金秋、瑟瑟寒冬,历时近7个月的长途跋涉终于抵达环火轨道。

从奔火启程的那一天起,中国航天的科研人员便日夜对其状态进行细致的判读,一路上四次中途修正,一次深空机动,两次状态自检,让天问一号的火星之旅程更加踏实。

这次近火制动,159名科研人员在北京航天飞行控制中心协同工作,24小时连续跟踪;更有中国航天科技集团五院飞行控制的“最强天团”坐阵,他们中有中国科学院院士叶培建等16名技术专家和顾问、5名“两总”、61名各个岗位的飞控人员。正如受访专家所言,在临近春节之际,天问一号探测器如愿进入环绕火星的轨道,也给全国人民拜了个早年,提前送上牛年的祝福。

“日月安属?列星安陈?”从环火开始,天问一号这颗中国制造的航天器,就正式成为火星的卫星。后续,天问一号还要进行一次轨道调整和两次近火制动,届时天问一号离火星最近距离只有 265公里。之后,天问一号探测器会边环绕边完成拍照任务,开展预选着陆区探测,计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆,开展巡视探测。

来源:央视新闻

标签组:[天问] [航空航天] [火星一号] [火星卫星

本文来源:https://www.kandian5.com/articles/18116.html

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