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天問一號打卡1億公里——“探火”還要邁幾道坎
2020-09-01 07:42:06 來源: 中國青年報
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  科學大爆炸

  天問一號打卡1億公里——

  “探火”還要邁幾道坎

  8月28日,我國首次火星探測任務天問一號探測器累計飛行1億公里。從7月23日成功發(fā)射算起,天問一號已在軌飛行約36天。

  相比環(huán)繞地球飛行、降落月球表面,飛向火星并非易事。這將是一次漫長的太陽系之旅,按照專家的估算,到達火星時,天問一號距離地球約1.95億公里,實際飛行路程約4.7億公里,整個過程中還要歷經(jīng)軌道修正、制動捕獲等難關。

  現(xiàn)在的天問一號,已經(jīng)成為一顆人造行星,在地火轉移軌道上,與地球、火星共同繞太陽公轉,并逐漸遠離地球,飛向火星。之前的1億公里,天問一號都經(jīng)歷了什么,而未來的3億多公里,它還要邁哪幾道坎?

  最后來一張地月合影

  中國航天人追尋火星的腳步,在火箭飛行的過程中就已經(jīng)開始了。7月23日12時41分,天問一號帶著十幾種不同功能的科學載荷,在萬眾期待中,踏上了奔向火星的漫漫征途。

  “定向天線展開!”這是一個非常關鍵的控制,在4億公里的距離上,地面和探測器間傳送的無線電信號,將變得非常微弱,而展開這個近6平方米的“大鍋”非常重要,它能大幅提升傳輸信號強度。到了火星軌道,與地面遠距離通信就全靠它了。天線展開后,意味著中國探火之旅從此有了“生命線”。

  出門遠行的第四天,天問一號飛行過程一切正常,但身邊沒有了熟悉的地球大氣,它只身旅行在黑色的宇宙海洋,而地球和月球變得越來越小。

  天問一號拿出隨身攜帶的光學導航相機,為地球和月亮拍了一張合照。在這幅黑白合影圖像中,地球與月球一大一小,均呈新月狀,在茫茫宇宙中相互陪伴,仿佛正向人們微笑示意。

  中國航天科技集團八院研制專家告訴記者,探測器在太空中,就像輪船航行在茫茫大海上,不同的是飛離地球后沒有衛(wèi)星導航系統(tǒng)指引。與傳統(tǒng)的無線電導航不同,光學自主導航可以通過圖像目標識別和特征提取,完成位置、速度等導航信息的獲取。

  “光學導航敏感器就好比探測器的‘眼睛’?!卑嗽嚎刂扑鈱W導航專家打了個比方,“有了這雙明亮的‘眼睛’,探測器也就有了自主能力,可以自己看著飛向目的地”。

  在天問一號飛近火星的過程中,中國航天人將裝有長焦鏡頭的導航敏感器當作一只“千里眼”,最遠可以在1000萬公里的距離識別火星,還能自主適應火星從點目標到面目標、從弱目標到強目標的火星圖像提取,即使沒有外部導航信息,也能夠在深空飛行中自主找到前進的道路。

  成為一顆人造行星

  按照國際電信聯(lián)盟的定義,深空邊界為距離地球200萬公里遠的空間,7月29日,也就是天問一號入軌后6天,它成功突破這一邊界,正式成為太陽系中一顆遨游深空的人造行星。

  截至8月25日23時,天問一號遠離地球的距離突破1000萬公里,累計行程達9329萬公里。北京航天飛行控制中心首次火星探測任務型號總師崔曉峰表示,是邊界就意味著一定程度上的挑戰(zhàn)極限,深空邊界也一樣,代表著超遠距離、超大時延的環(huán)境變化,這無疑是地面飛控人必須攻克的難關。

  雖說條條大路通羅馬,但漫漫太空旅行要順利完成,一定要有科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。目前,天問一號處于無動力飛行狀態(tài),在飛行過程中,受到入軌偏差、控制精度偏差等因素影響,微小的偏差會逐漸積累放大,因此,及時修正調(diào)節(jié)十分必要。

  8月2日,天問一號探測器3000牛頓發(fā)動機工作20秒鐘,完成第一次軌道中途修正。

  我國首次火星探測任務探測器系統(tǒng)環(huán)繞器技術副總負責人朱慶華說,很多汽車都具有車道保持功能,如果車偏離了自己的車道,就會自動修正方向,讓車回到原本的車道上來?;鹦翘綔y器的軌道修正與之類似,但不同的是,火星探測器要修正的不僅僅是飛行方向,還有飛行速度等多個變量。

  他告訴記者,天問一號發(fā)動機開機時間確定為20秒鐘,軌道專家最終拿出了既能滿足發(fā)動機標定又實現(xiàn)地火轉移能量最優(yōu)的控制策略。

  據(jù)崔曉峰介紹,未知的太空意味著風險和挑戰(zhàn),牽好地面和航天器的“通信線”至關重要。在照顧好天問一號的同時,飛控人還必須合理利用深空測控資源,實施了嫦娥四號著陸器、巡視器和中繼星的休眠喚醒,兼顧好在月球上的“老壽星”嫦娥三號著陸器,讓中國的“玉兔”能夠在月球背面繼續(xù)巡視探測。

  未來的過五關斬六將

  據(jù)中國首次火星探測任務探測器系統(tǒng)副總指揮兼環(huán)繞器總指揮張玉花介紹,在未來幾個月的飛行過程中,天問一號還將經(jīng)過3-4次中途修正和1次深空機動修正,環(huán)繞器逐漸飛近火星,進入火星捕獲段。

  這其中,火星捕獲是火星探測任務中技術風險最高的環(huán)節(jié)之一,由于火星捕獲窗口的唯一性,捕獲的成敗決定了火星探測任務的成敗。這一點火制動過程,通常被稱為“踩剎車”。

  張玉花說,“剎車”踩早了,探測器速度降得過低,探測器會墜入大氣層撞擊火星;踩晚了,探測器就不能被火星引力捕獲,從而飛離火星。

  成功捕獲進入環(huán)火軌道后,火星探測器會進行一系列軌道調(diào)整,進入停泊軌道,將近火點調(diào)整到著陸點上空附近,并在每次經(jīng)過近火點時,對巡視器著陸區(qū)域進行詳查,為著陸巡視器的下一步著陸做好準備。

  張玉花說,探測器進入火星捕獲軌道后,經(jīng)過3-4次軌道調(diào)整,將進入周期約兩個火星日的停泊軌道?;鹦翘綔y器會在停泊軌道運行約75天,開展12次預著陸區(qū)成像探測,并將成像數(shù)據(jù)回傳至地面,完成著陸巡視器預選落區(qū)的預探測。

  她告訴記者,在完成3個月的火星中繼任務后,天問一號火星環(huán)繞器將在近火點進行制動降軌,進入科學探測軌道,并在該軌道上繼續(xù)運行1個火星年,執(zhí)行火星全球遙感探測任務。

  不過這一切都要等到幾個月之后才能實現(xiàn)。

  北京飛控中心一位年輕的科技工作者說,第一個月,對天問一號和地面的航天人來說,都是新鮮且緊張的,天問一號猶如新生兒,每一天都處于新的位置,面對著新的環(huán)境。而航天人們則如新晉父母,要守護它,去應對每一個可能的挑戰(zhàn)。盡管很難,但這一切都將充滿意義——濃縮在十幾個月里,見證中國的問天之路。(邱晨輝)

【糾錯】 責任編輯: 張樵蘇
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