10月9日，在我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)飛行控制團(tuán)隊(duì)努力下，“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器順利完成深空機(jī)動(dòng)。至此，探測(cè)器的飛行軌道變?yōu)槟軌驕?zhǔn)確被火星捕獲的、與火星精確相交的軌道。截至深空機(jī)動(dòng)前，“天問(wèn)一號(hào)”已飛行超過(guò)78天，距離地球超過(guò)2900萬(wàn)公里，目前探測(cè)器各系統(tǒng)狀態(tài)良好。對(duì)我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)而言，此次深空機(jī)動(dòng)意義重大。

探測(cè)器深空機(jī)動(dòng)軌道示意圖

什么是深空機(jī)動(dòng)？與軌道修正有何區(qū)別？

深空機(jī)動(dòng)是指在地火轉(zhuǎn)移段實(shí)施的一次變軌機(jī)動(dòng)。中國(guó)航天科技集團(tuán)八院火星環(huán)繞器團(tuán)隊(duì)專家告訴記者，通過(guò)深空機(jī)動(dòng)可以改變探測(cè)器原有的飛行速度和方向，使其能夠沿著變軌后的軌道順利飛行至火星。

專家介紹，執(zhí)行深空機(jī)動(dòng)是運(yùn)載火箭入軌彈道和地火轉(zhuǎn)移軌道聯(lián)合優(yōu)化的結(jié)果，能夠提升運(yùn)載的發(fā)射能力、增加探測(cè)器的發(fā)射質(zhì)量，使探測(cè)器可以攜帶更多的推進(jìn)劑，更好地完成探測(cè)任務(wù)。

此前，“天問(wèn)一號(hào)”已完成兩次軌道中途修正。專家表示，與速度增量較小、發(fā)動(dòng)機(jī)工作較短的常規(guī)中途修正不同，深空機(jī)動(dòng)過(guò)程中，探測(cè)器由發(fā)射入軌的逃逸轉(zhuǎn)移軌道變軌為精確到達(dá)火星的軌道，速度增量大、發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)探測(cè)器控制和推進(jìn)系統(tǒng)提出了極高要求。

如何實(shí)現(xiàn)深空機(jī)動(dòng)？

執(zhí)行深空機(jī)動(dòng)任務(wù)需要飛行控制團(tuán)隊(duì)根據(jù)預(yù)定到達(dá)火星時(shí)間、軌道參數(shù)與即時(shí)測(cè)控定軌參數(shù)制定深空機(jī)動(dòng)變軌策略，完成對(duì)應(yīng)的探測(cè)器姿態(tài)和軌道控制，確保探測(cè)器在深空機(jī)動(dòng)后處于與火星精確相交的軌道上。

“‘天問(wèn)一號(hào)’在跑，地球在跑，火星也在跑。目前‘天問(wèn)一號(hào)’已經(jīng)距離地球超過(guò)2900萬(wàn)公里，我們互相之間的時(shí)延已經(jīng)比較大了，所以很多動(dòng)作都要靠我們事先設(shè)計(jì)和探測(cè)器自己完成，這些都具有難度和挑戰(zhàn)。”我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器副總指揮張玉花說(shuō)。

為了完成地面測(cè)控的精密定軌和探測(cè)器上精確自主的軌道控制，此次深空機(jī)動(dòng)中，地面對(duì)探測(cè)器的定軌任務(wù)由我國(guó)深空測(cè)控站和天文臺(tái)共同完成，準(zhǔn)確保證了探測(cè)器變軌的精密定軌需求。為了能夠精確自主控制軌道，火星環(huán)繞器裝備了具備故障識(shí)別與自主處理能力的計(jì)算機(jī)，充分保證了軌道控制的精度和可靠性。

深空機(jī)動(dòng)對(duì)火星探測(cè)好處多

據(jù)悉，通過(guò)使用深空機(jī)動(dòng)進(jìn)行軌道設(shè)計(jì)和軌道控制，不但成功增加了探測(cè)器的推進(jìn)劑攜帶量，還實(shí)現(xiàn)了三方面目標(biāo)。

首先，深空機(jī)動(dòng)將一個(gè)大的捕獲速度增量分解為兩次相對(duì)較小的速度增量，有利于減小發(fā)動(dòng)機(jī)單次工作時(shí)間，保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性。同時(shí)，深空機(jī)動(dòng)的實(shí)施有利于3000N發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定，過(guò)程中可對(duì)3000N發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行推力和比沖標(biāo)定，而精確的發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定參數(shù)可以更好地確保火星捕獲的精度。

此外，通過(guò)深空機(jī)動(dòng)，八院火星環(huán)繞器研制團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)探測(cè)器到達(dá)時(shí)間的優(yōu)化，能夠得到更加有利的捕獲點(diǎn)處的光照條件和通信條件，也使捕獲時(shí)探測(cè)器經(jīng)歷的火影時(shí)間（探測(cè)器進(jìn)入太陽(yáng)光被火星遮擋的陰影區(qū)）和通信盲區(qū)時(shí)間更短。

3億公里之遙精確瞄準(zhǔn)，精度優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)

此次深空機(jī)動(dòng)中，環(huán)繞器距離瞄準(zhǔn)的火星位置約3億公里，誤差控制約200公里，這相當(dāng)于從北京到上海約1200公里的距離中瞄準(zhǔn)一個(gè)直徑約0.8米的目標(biāo)，難度可想而知。

在飛行控制團(tuán)隊(duì)的不懈努力下，此次深空機(jī)動(dòng)控制的實(shí)際精度優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。后續(xù)，工作人員將根據(jù)探測(cè)器實(shí)際飛行狀態(tài)，迭代優(yōu)化中途修正策略，利用中途修正持續(xù)對(duì)到達(dá)火星的軌道進(jìn)行精確修正，確保探測(cè)器能夠按計(jì)劃準(zhǔn)確進(jìn)入火星捕獲走廊，被火星引力捕獲進(jìn)入環(huán)火軌道，開展著陸火星的準(zhǔn)備和后續(xù)科學(xué)探測(cè)等工作。

責(zé)任編輯：孫麗榮