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2月(yue)24日(ri)(ri)，中(zhong)國首次火星(xing)探(tan)測任務天(tian)問(wen)一號再(zai)傳(chuan)喜訊。當(dang)日(ri)(ri)6時29分，天(tian)問(wen)一號探(tan)測器成功實施(shi)第三次近火制動，進(jin)入近火點(dian)280千米、遠火點(dian)5.9萬千米、周期兩個火星(xing)日(ri)(ri)的(de)火星(xing)停(ting)泊軌道(dao)。

事實上，在剛剛過去的(de)春(chun)(chun)節(jie)假期，天(tian)問(wen)一號(hao)相當(dang)“忙(mang)碌”。2月10日，探測器(qi)抵達火(huo)星(xing)(xing)(xing)軌道，成為中(zhong)國首顆人造火(huo)星(xing)(xing)(xing)衛星(xing)(xing)(xing)；2月12日，天(tian)問(wen)一號(hao)火(huo)星(xing)(xing)(xing)捕獲過程影像(xiang)公開，從距離地(di)球1.9億(yi)公里之(zhi)外傳(chuan)回新春(chun)(chun)的(de)祝福；2月15日，天(tian)問(wen)一號(hao)成功實施(shi)捕獲軌道遠火(huo)點平面機動……

進入停泊軌道后，天問一號(hao)探測(ce)器將在此運行(xing)約3個(ge)月(yue)，環繞器7臺載(zai)荷將全部開機(ji)，開始科(ke)學探測(ce)，并為擇機(ji)著陸火(huo)星做好(hao)準備(bei)。

制動捕獲闖難關

天(tian)問一號(hao)探(tan)測器在經過長(chang)途飛(fei)行(xing)后，如何及時制(zhi)動(dong)并最終被火星捕獲，是任務中風險最高、難度最大的環節之一，直接關(guan)系到探(tan)測任務的成敗。

捕獲過程難在哪兒？探(tan)測器(qi)抵達(da)火(huo)星(xing)(xing)(xing)軌(gui)道(dao)附近時(shi)，距離火(huo)星(xing)(xing)(xing)只有400公里(li)，但相對火(huo)星(xing)(xing)(xing)的(de)速(su)度卻高達(da)4至5公里(li)每秒。因此(ci)，探(tan)測器(qi)必須點火(huo)制(zhi)動、及時(shi)“剎(cha)車(che)”。否則，如果制(zhi)動時(shi)間過長、剎(cha)車(che)踩(cai)早了(le)，探(tan)測器(qi)就會一頭(tou)撞(zhuang)向火(huo)星(xing)(xing)(xing)；如果時(shi)間過短、晚踩(cai)剎(cha)車(che)，探(tan)測器(qi)就會因速(su)度過快而飛離火(huo)星(xing)(xing)(xing)，無法進(jin)入環繞軌(gui)道(dao)。

在(zai)此(ci)過(guo)程(cheng)中(zhong)，探測器能(neng)夠(gou)被火星引力捕獲的(de)機會僅有一(yi)次，“窗口期”更是只有半(ban)個小時。要想實現(xian)完美捕獲，天(tian)問一(yi)號不(bu)僅要靠地面的(de)指令，更要在(zai)關鍵時刻(ke)依靠自己的(de)“智慧(hui)”進行(xing)決斷。

在(zai)歷次(ci)嫦(chang)娥(e)探(tan)月任務(wu)中(zhong)，中(zhong)國成功實施了(le)多次(ci)近月制(zhi)(zhi)(zhi)動。雖然同樣是制(zhi)(zhi)(zhi)動，近火(huo)制(zhi)(zhi)(zhi)動的難度(du)要比近月制(zhi)(zhi)(zhi)動更大(da)。地(di)(di)月平均距離(li)約38萬公(gong)里，單向(xiang)通信時(shi)(shi)延只(zhi)有1秒左右(you)。大(da)多數情況(kuang)下，地(di)(di)面(mian)可(ke)以直接控制(zhi)(zhi)(zhi)月球探(tan)測(ce)器(qi)的動作(zuo)。但天問一號(hao)探(tan)測(ce)器(qi)被火(huo)星(xing)捕(bu)(bu)獲(huo)時(shi)(shi)，火(huo)星(xing)探(tan)測(ce)器(qi)距離(li)地(di)(di)球約1.9億公(gong)里，單向(xiang)通信時(shi)(shi)延達10分鐘以上。地(di)(di)面(mian)無法(fa)對(dui)制(zhi)(zhi)(zhi)動過程進行(xing)實時(shi)(shi)監控，只(zhi)能依靠探(tan)測(ce)器(qi)自主(zhu)執行(xing)捕(bu)(bu)獲(huo)策略，這對(dui)于環繞器(qi)的自主(zhu)導航與控制(zhi)(zhi)(zhi)提(ti)出了(le)極高(gao)要求。

專家表(biao)示，為(wei)了(le)精(jing)(jing)確把控(kong)發動機(ji)的(de)(de)開關時機(ji)，環繞(rao)器(qi)在近火(huo)捕獲前需要由地(di)面對其進行精(jing)(jing)確的(de)(de)無(wu)線電(dian)測(ce)定軌(gui)。除了(le)無(wu)線電(dian)通(tong)信導航(hang)外，天問(wen)一(yi)號(hao)還首次利用(yong)光學導航(hang)敏感器(qi)作為(wei)備份(fen)導航(hang)工具，通(tong)過探測(ce)器(qi)上的(de)(de)一(yi)雙“眼睛”實時觀測(ce)環繞(rao)器(qi)和(he)火(huo)星的(de)(de)精(jing)(jing)確位(wei)置。地(di)面團隊可借此更直觀地(di)確認飛行軌(gui)道和(he)姿態(tai)，計算(suan)圖像中火(huo)星的(de)(de)幾何中心和(he)視半徑(jing)。天問(wen)一(yi)號(hao)可以通(tong)過最優(you)估計算(suan)法自(zi)主(zhu)獲取(qu)實時位(wei)置和(he)速度信息(xi)，依靠可靠的(de)(de)捕獲策略，確保進入環火(huo)軌(gui)道。

據了解(jie)，這是中國首次在(zai)行(xing)星際轉移飛(fei)行(xing)過程中應用(yong)光學自主(zhu)導航技術，中國也由此成為(wei)世界(jie)上第二個掌握并在(zai)軌驗證火(huo)星光學自主(zhu)導航技術的(de)國家。

此外，在(zai)制動(dong)過程中(zhong)，環繞器需(xu)要在(zai)自(zi)身出現突發狀況(kuang)時自(zi)主完(wan)成相應處理，以最(zui)大限度保證火星捕獲成功(gong)。為了(le)解決(jue)超遠距離通(tong)信問題，火星環繞器還裝備了(le)測控數傳一(yi)體化(hua)系統，實現了(le)系統重量輕、通(tong)信效率高、通(tong)信鏈路可靠的目標。

多維探測“打前站”

成功被火星(xing)捕獲(huo)并完成“繞、著、巡”的第一步后，天問一號還有多項(xiang)新任(ren)務——既要對火星(xing)開(kai)展(zhan)多維(wei)度探測(ce)，更要為下一步著陸火星(xing)做(zuo)好(hao)準(zhun)備(bei)。

2月15日(ri)，天(tian)問(wen)一號進行遠火(huo)(huo)(huo)點平面機動，探測器的飛(fei)行從繞(rao)著(zhu)火(huo)(huo)(huo)星赤道(dao)變成繞(rao)著(zhu)火(huo)(huo)(huo)星南北極。2月24日(ri)，探測器經過第(di)三次(ci)近火(huo)(huo)(huo)制動進入火(huo)(huo)(huo)星停泊軌(gui)道(dao)。專家表示，這幾次(ci)軌(gui)道(dao)的調整，就是為了讓天(tian)問(wen)一號“考察”之(zhi)前選中的著(zhu)陸點。

天問一(yi)號的(de)(de)探測器(qi)由環(huan)(huan)(huan)繞(rao)器(qi)和著陸(lu)巡(xun)(xun)(xun)視(shi)(shi)器(qi)兩部分組成。從發射(she)到近火(huo)制動的(de)(de)過(guo)程中，環(huan)(huan)(huan)繞(rao)器(qi)主要(yao)承(cheng)擔飛行任務；火(huo)星捕獲(huo)后(hou)，環(huan)(huan)(huan)繞(rao)器(qi)將(jiang)為(wei)(wei)(wei)著陸(lu)巡(xun)(xun)(xun)視(shi)(shi)器(qi)進行著陸(lu)預報(bao)；成功釋(shi)放著陸(lu)巡(xun)(xun)(xun)視(shi)(shi)器(qi)后(hou)，環(huan)(huan)(huan)繞(rao)器(qi)將(jiang)作為(wei)(wei)(wei)通信(xin)器(qi)，為(wei)(wei)(wei)著陸(lu)巡(xun)(xun)(xun)視(shi)(shi)器(qi)建立與地球之間(jian)的(de)(de)中繼(ji)通信(xin)鏈路；火(huo)星車3個月的(de)(de)工(gong)作結束后(hou)，環(huan)(huan)(huan)繞(rao)器(qi)還(huan)將(jiang)繼(ji)續進行長達(da)一(yi)個火(huo)星年即將(jiang)近兩個地球年的(de)(de)深度探測。

據專(zhuan)家介紹(shao)，為了給(gei)火星(xing)車和著(zhu)陸(lu)平臺“打(da)前站”，環繞器將(jiang)用攜(xie)帶的中分和高分相(xiang)機、磁強計、礦(kuang)物光譜分析儀等設備對(dui)火星(xing)開展(zhan)多(duo)維度(du)探(tan)測(ce)，包(bao)括對(dui)預定(ding)著(zhu)陸(lu)區進(jin)行(xing)詳細的地形(xing)、地貌探(tan)測(ce)，對(dui)著(zhu)陸(lu)區附(fu)近大幅寬、大面積的區域(yu)進(jin)行(xing)沙(sha)塵暴探(tan)測(ce)，為火星(xing)探(tan)測(ce)任務第二步的“著(zhu)”提供(gong)預報，并擇(ze)機實施(shi)火星(xing)著(zhu)陸(lu)。

在(zai)天問一號探(tan)(tan)測器(qi)一路奔火(huo)的(de)(de)途(tu)中，中國首(shou)輛(liang)火(huo)星(xing)(xing)車(che)1∶1復制試(shi)驗車(che)仍在(zai)持續(xu)進行地(di)面(mian)驗證，為(wei)著陸后(hou)可能遇到(dao)的(de)(de)情況做準(zhun)備。著陸巡視器(qi)在(zai)火(huo)星(xing)(xing)表面(mian)軟(ruan)著陸成(cheng)功后(hou)，火(huo)星(xing)(xing)車(che)將在(zai)科學任務軌道上對火(huo)星(xing)(xing)的(de)(de)地(di)形地(di)貌、土(tu)壤(rang)結構、水冰分布、表面(mian)的(de)(de)物質成(cheng)分以及火(huo)星(xing)(xing)的(de)(de)空間環境進行探(tan)(tan)測，最終(zhong)將形成(cheng)火(huo)星(xing)(xing)全球(qiu)圖。

麒麟、哪(na)吒(zha)、追(zhui)夢、星(xing)(xing)(xing)(xing)火……盡管中(zhong)國火星(xing)(xing)(xing)(xing)車的姓名尚未最終出爐，但其“百般武藝”早(zao)已深入(ru)人(ren)心。火星(xing)(xing)(xing)(xing)車配備了能(neng)避開障礙、實(shi)施(shi)前行(xing)實(shi)時探(tan)(tan)測(ce)(ce)的全(quan)景(jing)相機(ji)，識別礦物質(zhi)成分的多光譜相機(ji)。同時，火星(xing)(xing)(xing)(xing)車還(huan)裝有(you)(you)4個(ge)“翅膀(bang)”——太陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)板。除此之外，火星(xing)(xing)(xing)(xing)車還(huan)配有(you)(you)探(tan)(tan)測(ce)(ce)雷達(da)、磁場探(tan)(tan)測(ce)(ce)儀和氣象(xiang)測(ce)(ce)量(liang)儀，可以(yi)對(dui)(dui)火星(xing)(xing)(xing)(xing)進(jin)行(xing)全(quan)方位探(tan)(tan)測(ce)(ce)。裝在火星(xing)(xing)(xing)(xing)車上的次(ci)表(biao)層(ceng)探(tan)(tan)測(ce)(ce)雷達(da)將對(dui)(dui)火星(xing)(xing)(xing)(xing)地表(biao)以(yi)下(xia)10米甚至100米深度的火星(xing)(xing)(xing)(xing)內部結構進(jin)行(xing)“透(tou)視”，探(tan)(tan)測(ce)(ce)巡視區表(biao)面土壤厚度、冰層(ceng)結構，獲取火星(xing)(xing)(xing)(xing)地表(biao)和次(ci)表(biao)層(ceng)超(chao)寬帶全(quan)極化回(hui)波數據，并探(tan)(tan)測(ce)(ce)巡視區次(ci)表(biao)層(ceng)結構，獲取次(ci)表(biao)層(ceng)地質(zhi)結構數據。

中國首輛火星(xing)車(che)的設(she)計壽(shou)命為90個火星(xing)日。由(you)于火星(xing)上(shang)的一天比地球略長(chang)（火星(xing)自轉(zhuan)周期(qi)約(yue)為24小時37分鐘），因此火星(xing)車(che)將在(zai)火星(xing)上(shang)工作(zuo)92個地球日。

與(yu)環繞(rao)器火(huo)星(xing)(xing)(xing)捕獲(huo)相似，由于地火(huo)遠距離(li)數據傳輸的(de)時延，要求火(huo)星(xing)(xing)(xing)車(che)必須具(ju)(ju)有(you)很高的(de)自主能(neng)力。同時，火(huo)星(xing)(xing)(xing)光照強(qiang)度(du)小，再加(jia)上(shang)火(huo)星(xing)(xing)(xing)大氣對陽光的(de)削減作用，火(huo)星(xing)(xing)(xing)車(che)能(neng)源供給比月球車(che)更為困難(nan)——這些因素都使得火(huo)星(xing)(xing)(xing)探測任務更具(ju)(ju)難(nan)度(du)和(he)復雜性。

【責任(ren)編輯：趙藝涵】