圖為國(guó)家航天局公布的“天問(wèn)一號(hào)”在距離火星約220萬(wàn)公里處獲取的火星圖像及火星部分標(biāo)志性地貌標(biāo)示。這是中國(guó)探測(cè)器首次拍攝到火星的圖像。新華社發(fā)

農(nóng)歷除夕前后，執(zhí)行我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)的“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器將進(jìn)行近火制動(dòng)，“剎車”后被火星“捕獲”。這意味著，經(jīng)過(guò)200多天的漫長(zhǎng)飛行后，“天問(wèn)一號(hào)”終于要抵達(dá)環(huán)繞火星的軌道，正式開(kāi)啟火星探測(cè)之旅。

“剎車”減速，被“捕獲”后將進(jìn)入環(huán)火軌道

萬(wàn)物之間皆有引力，“大物體”的超大引力把小物體“拽”過(guò)去，這個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單理解為“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器被火星引力“捕獲”。

“剎車”動(dòng)作極其關(guān)鍵。探測(cè)器到達(dá)火星引力范圍之內(nèi)后，需要“踩剎車”制動(dòng)，為探測(cè)器減速，避免探測(cè)器飛出或撞上火星。被火星精準(zhǔn)“捕獲”后，探測(cè)器成為一顆火星衛(wèi)星，進(jìn)入繞火飛行階段。

不久前，嫦娥五號(hào)探測(cè)器在抵達(dá)月球后進(jìn)行了一次“剎車”，完成了近月制動(dòng)；而相對(duì)于探月任務(wù)，“天問(wèn)一號(hào)”的近火制動(dòng)要困難得多。

機(jī)會(huì)仍只有一次，但是由于地火距離太遠(yuǎn)，通信時(shí)延超過(guò)了10分鐘，地面不能做任何實(shí)時(shí)控制和干預(yù)。“我們將發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)指令作為程序控制，已經(jīng)固化在程序里面了，全靠程序自主開(kāi)展。”中國(guó)航天科技集團(tuán)五院、“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器副總指揮李振才說(shuō)，以往會(huì)聽(tīng)到飛控團(tuán)隊(duì)下達(dá)“發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)”的指令，而這一次，探測(cè)器將自己判斷并自動(dòng)執(zhí)行開(kāi)機(jī)，地面團(tuán)隊(duì)只能在近一個(gè)小時(shí)后根據(jù)遙測(cè)數(shù)據(jù)得知最終的“剎車”完成情況。

截至2月9日，“天問(wèn)一號(hào)”已在軌飛行約201天，目前探測(cè)器各系統(tǒng)狀態(tài)良好，飛行里程超過(guò)4.65億公里。

已完成四次中途修正等工作，落火還需約3個(gè)月時(shí)間

2020年7月23日12時(shí)41分，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器升空，飛行2000多秒后探測(cè)器成功進(jìn)入預(yù)定軌道，開(kāi)啟奔火之旅。

地火旅途“億里迢迢”，火星與地球間距離呈周期性變化，最近時(shí)約5000萬(wàn)公里，最遠(yuǎn)時(shí)可達(dá)4億多公里。由于地球和火星也都在繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，探測(cè)器飛行的里程比它與地球間的距離更遠(yuǎn)。據(jù)了解，當(dāng)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器抵達(dá)火星附近時(shí)，距離地球約1.9億公里，總飛行里程將達(dá)到4.7億公里。

此時(shí)距離發(fā)射已過(guò)去半年多時(shí)間。這段日子里，“天問(wèn)一號(hào)”沿著“弧線”軌道一路追逐火星，目前已成功完成地月合照、探測(cè)器“自拍”、四次中途修正、深空機(jī)動(dòng)、載荷自檢等工作。

2月5日晚，為確保按計(jì)劃實(shí)施火星“捕獲”，“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作，順利完成地火轉(zhuǎn)移段第四次軌道中途修正。

與此同時(shí)，一張“靚照”刷屏了。“天問(wèn)一號(hào)”傳回的首幅火星圖像公布，這是中國(guó)探測(cè)器首次拍攝到火星的圖像，由“天問(wèn)一號(hào)”在距離火星約220萬(wàn)公里處拍下。圖中，火星阿茜達(dá)利亞平原、克律塞平原、水手谷等標(biāo)志性地貌清晰可見(jiàn)。

“天問(wèn)一號(hào)”的著陸點(diǎn)，是火星北半球的烏托邦平原。不過(guò)，近火制動(dòng)后，它還要繞火星科學(xué)考察飛行3個(gè)月左右，對(duì)著陸區(qū)進(jìn)行初步探查，才能在氣候條件好的時(shí)候擇機(jī)著陸。

中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)總設(shè)計(jì)師張榮橋表示，火星探測(cè)工程的最大特點(diǎn)是距離遠(yuǎn)、環(huán)境新，“航天器設(shè)計(jì)的邏輯是先了解要去的環(huán)境，通過(guò)各種技術(shù)、手段、措施來(lái)保障航天器適應(yīng)這個(gè)環(huán)境，但深空探測(cè)的特點(diǎn)是要去一個(gè)尚不確知的環(huán)境。”

“目前我們對(duì)火星的了解還很有限，從環(huán)火到落火，中間這段時(shí)間，探測(cè)器會(huì)對(duì)著陸區(qū)做一個(gè)預(yù)探測(cè)，讓我們著陸的時(shí)候更安全、更可控。”中國(guó)航天科技集團(tuán)五院火星探測(cè)器總體主任設(shè)計(jì)師王闖告訴記者。

一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)環(huán)繞、著陸、巡視探測(cè)，著陸將是又一關(guān)鍵時(shí)刻

“天問(wèn)一號(hào)”是我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)，計(jì)劃通過(guò)一次發(fā)射，實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”，即火星環(huán)繞、著陸和巡視探測(cè)三大目標(biāo)，這在世界航天史上尚屬首次。

約3個(gè)月后的著陸是又一關(guān)鍵時(shí)刻。火星大氣稀薄，不確定性高。下降時(shí)，著陸器進(jìn)入火星大氣層的速度高達(dá)每小時(shí)18000公里，超高速摩擦?xí)a(chǎn)生超高溫度，在經(jīng)歷上千度高溫的考驗(yàn)后，將在降落傘的幫助下減速。隨后，它將開(kāi)啟全自動(dòng)駕駛模式，自主完成減速、懸停，避開(kāi)火星表面復(fù)雜地形后，緩緩落至火星表面。整個(gè)過(guò)程只能依靠探測(cè)器上的GNC（導(dǎo)航、制導(dǎo)、控制）系統(tǒng)自主執(zhí)行。

這一過(guò)程被人們形容為“黑色7分鐘”，驚心動(dòng)魄，難度極大。

“我們這次火星探測(cè)任務(wù)最核心、最難的地方，就是探測(cè)器進(jìn)入火星大氣后氣動(dòng)外形和降落傘減速的過(guò)程，只有一次機(jī)會(huì)。”中國(guó)航天科技集團(tuán)五院火星探測(cè)器總設(shè)計(jì)師孫澤洲表示，研制團(tuán)隊(duì)做了充分的準(zhǔn)備，專門(mén)設(shè)計(jì)了全新氣動(dòng)外形、新型降落傘等。

“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器上還搭載了我國(guó)第一輛火星車。軟著陸后，火星車將“開(kāi)”到火星表面開(kāi)展探測(cè)。目前，火星車征名活動(dòng)正在進(jìn)行，共有十個(gè)名字入圍，分別是弘毅、麒麟、哪吒、赤兔、祝融、求索、風(fēng)火輪、追夢(mèng)、天行和星火。據(jù)悉，最終確定的中國(guó)首輛火星車名稱，將于“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器著陸火星之際擇機(jī)公布。

“冥昭瞢暗，誰(shuí)能極之？”大約2300年前，詩(shī)人屈原用長(zhǎng)詩(shī)《天問(wèn)》向宇宙洪荒、天地自然發(fā)問(wèn)；作為我國(guó)首次行星際探測(cè)任務(wù)，“天問(wèn)一號(hào)”載著我們的好奇與向往奔向火星，探索這顆星球的諸多奧秘。

責(zé)任編輯：孫麗榮