天问一号火星探测器顺利完成深空“变道”

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10月9日23时,在我国飞行控制团队控制下,天问一号火星探测器主发动机点火工作480余秒,顺利完成深空机动。

天问一号火星探测器顺利完成深空“变道”

10月9日23时,在我国飞行控制团队控制下,天问一号火星探测器主发动机点火工作480余秒,顺利完成深空机动。

天问一号在轨道设计中,安排了一次深空机动和四到五次轨道修正。这次深空机动相当于唯一一次“变道”,意义重大。

至此,探测器飞行轨道变为能够准确被火星捕获的与火星精确相交的轨道。也就是说,沿着变道后的轨道飞行,天问一号就能直接抵达火星附近。

据国家航天局消息,天问一号将在当前轨道飞行约4个月后与火星交会,其间还将实施两到三次轨道中途修正。

为什么要进行深空机动?

――为了调整奔火轨道

自从7月23日发射升空,天问一号在抵达火星之前,需要经过多次轨道调整,任何一个火星探测器都不可能飞在一条理想的地火转移轨道上,中间需要数次轨道修正和深空机动。

轨道修正是为了减小飞行偏差,使探测器沿着预定的轨道飞行而进行的轨道控制。深空机动是改变探测器当前轨道,使其进入一条新的轨道而进行的轨道控制。

打个比方,就像驾车过程中,轨道修正是微调方向盘,深空机动就是大拐弯。

据中国航天科技(000901,股吧)集团八院火星环绕器团队介绍,这次深空机动,改变了天问一号的飞行速度和方向,沿着变轨后的轨道,就可以顺利飞行到火星了。

深空机动难度多大?

――约3亿公里距离误差控制约200公里

火星环绕器团队介绍,与速度增量较小、发动机工作较短的常规中途修正不同,深空机动过程中,探测器由发射入轨的逃逸转移轨道,变轨为精确到达火星的轨道,速度增量大,发动机工作时间长,对探测器控制和推进系统提出了极高的要求。

这次深空机动中,瞄准的制动捕获时火星位置约3亿公里远,误差控制约200公里,相当于北京到上海约1200公里距离中瞄准一个直径约0.8米的目标,最终实现的实际精度优于设计指标。

为了实现深空“变道”,火星环绕器团队根据预定到达火星时间、轨道参数与即时测控定轨参数,制定变轨策略,完成了对应的探测器姿态和轨道控制,确保探测器在深空机动后处于与火星精确相交的轨道上。

为了完成地面测控的精密定轨和精确自主的轨道控制,本次深空机动中,定轨任务由我国深空测控站和天文台共同完成。火星环绕器上装备了高精度陀螺、加速度计以及具备故障识别与自主处理能力的器上计算机,充分保证了轨控的精度和可靠性。

深空机动有什么好处?

――能携带更多燃料,确保捕获精度

起初选择深空机动的方式,也有很多优势。比如,能允许天问一号携带更多燃料,更好地完成探测任务。

另外,深空机动将一个大的捕获速度增量,分解为两次相对较小的速度增量,减小发动机单次工作时间;同时,有利于对发动机进行推力和比冲标定,更好地确保火星捕获的精度。

通过深空机动,火星环绕器团队还实现了对探测器到达时间的优化,得到更有利的捕获点处的光照条件和通信条件,也使捕获时探测器经历的火影时间(探测器进入太阳光被火星遮挡的阴影区)和通信盲区时间更短,保证探测器被火星轨道捕获,顺利环绕火星。

距离到达火星还有多远?

――4个月后到达,还需多次“闯关”

此次轨道机动在距离地球大约2940万千米的深空实施。天问一号将在当前轨道飞行约4个月后抵达火星附近,其间还将实施两到三次轨道中途修正。

此前,天问一号已经进行过两次轨道修正。8月2日7时,刚出发10天的天问一号完成首次轨道修正,3000N推力的发动机工作20秒钟。9月20日23时,天问一号探测器4台120N发动机同时点火工作20秒,完成第二次轨道中途修正,并在轨验证了120N发动机的实际性能。天问一号发射入轨和第一次中途修正的精度很高,因此第二次修正量很小。

火星环绕器团队介绍,后续将根据实际飞行状态,再进行精确的轨道修正,保证探测器能够按计划准确进入火星捕获走廊,被火星引力捕获。

被火星捕获是整个任务中技术风险最高的环节之一,俗称“踩刹车”,只有一次机会。“刹车”早了,探测器速度降得过低,会坠入大气层撞击火星;“刹车”晚了,探测器就会错过火星,飞向深空。

顺利进入环火轨道后,天问一号还要经过多次轨道调整,进入周期约两个火星日的停泊轨道。天问一号在停泊轨道飞行近三个月,一次次从首选着陆点乌托邦平原上空掠过,观察着陆点,开展预着陆区成像探测。

最终在窗口到来的那一刻,天问一号完成环绕器和着陆器的在轨分离,着陆器在大约9分钟的时间里,执行升力控制、弹伞开伞、抛大底、抛背罩、悬停、避障和着陆缓冲等一系列动作,降落在火星表面。

新京报记者 倪伟

(责任编辑:李显杰 )
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