人民政協(xié)網(wǎng)北京2月10日電（記者 王碩）2021年2月10日，“天問一號(hào)”火星探測器順利實(shí)施近火制動(dòng)，完成火星捕獲，正式踏入環(huán)火軌道。

目前，探測器各系統(tǒng)狀態(tài)良好，近火制動(dòng)后入軌精度很高，為后續(xù)環(huán)火飛行的順利開展贏得了“開門紅”。

“天問一號(hào)”從踏上奔火高速的那一刻，邁出的是我國自主開展行星探測的第一步。截至目前，“天問一號(hào)”已經(jīng)在軌飛行200余天，飛行里程已經(jīng)突破了4.7億公里。

“天問一號(hào)”能夠快速成長為奔火路上的行家里手，熟練應(yīng)對(duì)奔火高速的多樣復(fù)雜路況，依靠的是其背后一項(xiàng)項(xiàng)“黑科技”。

把緊 “方向” 精準(zhǔn)剎車

在地火轉(zhuǎn)移的高速路上，“天問一號(hào)”長期處于無動(dòng)力飛行狀態(tài)，難免會(huì)受到入軌偏差、控制偏差和其他攝動(dòng)因素的影響，與預(yù)定軌道產(chǎn)生一定的偏離。為了更接近理論軌道飛行，它就需要輕轉(zhuǎn)“方向盤”、慢踩“油門”，即通過中途修正的方式來進(jìn)行飛行方向和速度的細(xì)節(jié)調(diào)整；有時(shí)還需使探測器通過一次大轉(zhuǎn)彎、或者說大漂移，從地球的公轉(zhuǎn)面進(jìn)入到火星的公轉(zhuǎn)面上。

在航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部軌道設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)下，自2020年7月23日發(fā)射以來，踏上奔火高速的“天問一號(hào)”已經(jīng)完成了四次軌道中途修正和一次深空機(jī)動(dòng)。

再比如，這次實(shí)施近火制動(dòng)，需要準(zhǔn)確識(shí)別通往火星的高速路標(biāo)并剎車慢行，在通往環(huán)火軌道的“匝道”上謹(jǐn)慎行駛。

近火制動(dòng)只有一次機(jī)會(huì)，因?yàn)橄乱淮魏线m的窗口期是在2033年。剎車力道踩的太輕，就會(huì)飛離火星，踩的太重，則會(huì)對(duì)后面的飛行時(shí)序產(chǎn)生巨大影響。

另一個(gè)對(duì)軌道控制帶來巨大挑戰(zhàn)的是通信延時(shí)，由于探測器距離地球太過遙遠(yuǎn)，即將踏入環(huán)火軌道的“天問一號(hào)”與地球的通信延遲超過了10分鐘，這意味著無法對(duì)火星捕獲情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，快速應(yīng)對(duì)。面對(duì)這樣一段“視覺盲區(qū)”，軌道設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)協(xié)同控制系統(tǒng)進(jìn)行了近兩百種故障工況的分析，確定了關(guān)鍵參數(shù)及閾值，編寫了近兩百份故障預(yù)案，保證火星探測器在地面無法實(shí)時(shí)控制的情況下，對(duì)可能發(fā)生的情況進(jìn)行恰當(dāng)?shù)呐袛嗪头磻?yīng)。

穩(wěn)定體溫 舒適飛行

天問一號(hào)在旅途的始發(fā)站，距離太陽還比較近，此時(shí)的太陽輻照強(qiáng)度較大，約為1367瓦/平方米;但到達(dá)火星附近時(shí)，太陽輻照強(qiáng)度急速下降，僅有500瓦/平方米。由于外熱流能量差異將近3倍，給著陸巡視器熱控帶來很大難題。

為此，航天科技集團(tuán)五院熱控團(tuán)隊(duì)為其研發(fā)了新型熱控涂層，雖然看上去就像一層普通的銀白色漆，但面對(duì)高溫、嚴(yán)寒的“冰火兩重天”時(shí)，卻能熱的時(shí)候降溫，冷的時(shí)候保暖。

而且在火星附近的冷環(huán)境里，通過對(duì)著陸巡視器內(nèi)部的關(guān)鍵部位，比如推進(jìn)系統(tǒng)、電池等，進(jìn)行電加熱主動(dòng)控溫，來保證設(shè)備溫度滿足指標(biāo)要求。

超長蓄能 輕裝上陣

作為星際旅行者，“天問一號(hào)”在飛行過程中面臨極為復(fù)雜、惡劣的太空環(huán)境，如何在減重等約束性條件下滿足探測器對(duì)能源的高需求，是研制團(tuán)隊(duì)著力解決的問題。

在此次飛行中，鋰氟化碳電池技術(shù)首次應(yīng)用在火星探測器進(jìn)入艙中。其儲(chǔ)電能力是鋰離子電池的兩倍，并實(shí)現(xiàn)了5kg的減重目標(biāo)，極大滿足了“天問一號(hào)”對(duì)于更輕裝配重量，更高能量存儲(chǔ)的需求。同時(shí)，新型電池的荷電保持能力極強(qiáng)，在軌長期貯存能力長達(dá)10個(gè)月之久。

△剛剛，中國首次火星探測任務(wù)天問一號(hào)探測器實(shí)施近火捕獲制動(dòng)，環(huán)繞器3000N軌控發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作約15分鐘，探測器順利進(jìn)入近火點(diǎn)高度約400千米，周期約10個(gè)地球日，傾角約10o的大橢圓環(huán)火軌道，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”第一步“繞”的目標(biāo)，環(huán)繞火星獲得成功。

自我管理 自主診斷

通常情況下，環(huán)繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星都是由地面控制中心根據(jù)衛(wèi)星的實(shí)時(shí)狀態(tài)和任務(wù)要求進(jìn)行控制的。但與地球衛(wèi)星不同，火星環(huán)繞器由于器地距離遠(yuǎn)，通信延時(shí)大，往往來不及依靠地面指令對(duì)探測器進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。另外，深空探測器與地面站通信存在獨(dú)特的“日凌”現(xiàn)象，即當(dāng)探測器、地球和太陽位置處于同一直線時(shí)，太陽輻射會(huì)干擾地火之間射頻信號(hào)傳輸，導(dǎo)致通信中斷，稱之為“日凌”。本次火星探測任務(wù)最長“日凌”達(dá)到30天。“日凌”期間，環(huán)繞器必須“自己照顧好自己”，依靠自身完成任務(wù)管理，并在出“日凌”后迅速自主與地面恢復(fù)聯(lián)系。

針對(duì)以上情況，環(huán)繞器綜合電子分系統(tǒng)的研制團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列技術(shù)攻關(guān)，設(shè)計(jì)了深空探測長時(shí)間無上行指令自主管理機(jī)制；設(shè)計(jì)了自主路由安全管理機(jī)制，解決了環(huán)繞器內(nèi)模塊級(jí)的自主故障診斷和自主故障恢復(fù)，確保了環(huán)繞器長期自主模式下安全飛行；設(shè)計(jì)了整器斷電再恢復(fù)功能，解決了整器極端故障模式下的自恢復(fù)的難題。通過多系統(tǒng)多模式器上信息綜合自主處理方法，環(huán)繞器保證一級(jí)故障任務(wù)正常執(zhí)行，二級(jí)故障整器安全，實(shí)現(xiàn)了環(huán)繞器在軌自主運(yùn)行大于60天的能力。

明亮“眼睛”照亮奔火路

在天問一號(hào)飛近火星的過程中，如何能讓探測器依靠自己找到火星？這就需要光學(xué)導(dǎo)航敏感器發(fā)揮作用。

有了這雙明亮的“眼睛”，可以實(shí)時(shí)觀測火星的距離和方向，讓飛控團(tuán)隊(duì)更直觀地確認(rèn)飛行軌道和姿態(tài)，計(jì)算圖像中火星的幾何中心和視半徑，天問一號(hào)就可以通過最優(yōu)估計(jì)算法來自主獲取實(shí)時(shí)位置和速度信息。這是我國首次在行星際轉(zhuǎn)移飛行過程中應(yīng)用光學(xué)自主導(dǎo)航技術(shù)。

本次踏入環(huán)火軌道驗(yàn)證了火星邊緣提取及輪廓亞像素?cái)M合技術(shù)以及光學(xué)導(dǎo)航觀測量時(shí)間空間精確對(duì)準(zhǔn)算法，獲取了大量有效的在軌數(shù)據(jù)。這標(biāo)志著我國成為世界上第二個(gè)掌握并在軌驗(yàn)證了火星光學(xué)自主導(dǎo)航技術(shù)的國家。