火星環繞器上海造！7個月，跨越4億公裡飛近火星

2020-07-24 文匯網
火星環繞器上海造！7個月，跨越4億公裡飛近火星

現代航天學和火箭理論奠基人齊奧爾科夫斯基說過，地球是人類的搖籃，但是人類不會永遠生活在搖籃裡，而會不斷地去爭取生存世界和空間。首先他們會小心翼翼地穿出大氣層，然後去徵服整個太陽系。

在探月工程日趨完善後，中國航天進一步延續「超級模式」，開始向更深遠的外太空進發，把探索的目光投向了令無數人魂牽夢繞的火星，這個荒涼、空寂、礫石遍布、黃沙漫天的紅色神秘星球。

2020年7月23日12時41分，中國自主建造的第一個火星探測器從地球出發，開啟飛向火星的旅程，一步實現「環繞、著陸、巡視」3個任務目標。需要強調的是，這絕不是把3個任務簡單地結合在一起，研製過程中會涉及各種資源的平衡問題，如軌道資源、時間資源、動力資源等，需要很好地利用和配合起來，更離不開中國航天人的精誠合作。

探測器的上半部分，是包裹著火星車的著陸器，承擔突破火星大氣層的著陸任務；下面像衛星一樣的部分，則是環繞器。根據任務分工，位於上海的中國航天科技集團有限公司第八研究院承擔本次火星探測任務中的環繞器總體設計與研製工作，在研製過程中攻克火星制動捕獲、長期自主管理等關鍵技術難點，將實現地火間的超遠距離測控通信，並將通過環繞探測實現火星全球性、綜合性探測，完成火星表面重點地區高精度、高解析度精細詳查。

首次火星探測任務探測器系統副總師兼環繞器總設計師王獻忠介紹，火星環繞器設計壽命3年，採用「外部六面柱體+中心承力錐筒」構型，滿足5個飛行階段和11種飛行模式的設備布局需求。

環繞器具備三大功能：飛行器、通信器和探測器。約7個月的飛行過程中，環繞器首先作為飛行器，將著陸巡視器送至火星著陸軌道；待成功釋放著陸巡視器後，環繞器作為通信器，為著陸器建立與地球之間中繼通信鏈路；通信工作結束後，環繞器作為科學探測器對火星進行遙感探測。

環繞器不僅任務繁重，難度也是空前的，具備四大特點：

飛行時間長，此次地火飛行路徑超過4億公裡，在漫長的7個月裡任何一個環節出問題，都將前功盡棄。

面臨環境差，由於器地距離遠，導致通信時延大，當地球與探測器相距最遠時，單向通信延時將達到22分鐘，一來一回通信延遲44分鐘。同時，因為空間信號衰減，環繞器接收到的信號非常微弱，環繞器要克服巨大的信號衰減、傳輸時延和外界幹擾等因素。

控制要求高，由於器地通信的時延和長期日凌中斷問題，環繞器需要具備很強的自主姿態控制能力才能確保探測器的安全。同時由於我國對火星空間和行星際空間的複雜環境還很陌生，很多步驟只能依靠自主判斷來完成，挑戰很大。

空間動作繁，環繞器不僅在不同階段扮演不同角色，在扮演同一角色時還要同步完成多項操作，動作複雜意味著更多的不確定性。

環繞器此次任務涉及五個主要環節：

地火轉移段，環繞器需要進行4-5次中途修正和一次深空機動修正飛行路徑，走過超過4億公裡的路徑，才能逐漸飛近火星。

火星捕獲段，發射約200天後，探測器將被火星捕獲，此時距離地球近1.93億公裡，單向通訊時延約11分鐘，只能通過自主管理制動點火進入火星捕獲軌道，這一腳「剎車」風險非常高：踩早了，速度降得過低就會墜入大氣層撞擊火星；踩晚了，就不能被火星引力捕獲，從而飛離火星。

離軌著陸段，進入捕獲軌道後，環繞器將調整至停泊軌道，完成著陸巡視器預選落區的探測和進入點位置調整動作。確認著陸條件滿足要求後，將擇機降軌釋放著陸器，著陸器分離後環繞器再抬軌回到停泊軌道。

中繼通信段，環繞器將再次進入中繼軌道，為地球與著陸器提供為期3個月的中繼通信服務，為它們搭建起溝通的橋梁。

科學探測段，中繼任務結束後，環繞器將再次進行降軌進入科學探測軌道，並利用7種有效載荷，對火星軌道空間、火星表面開展科學探測，獲取火星表面圖像、地質構造和地形地貌、表層結構、礦物組成和分布、空間磁場環境、近火星空間環境粒子特徵及其變化規律。

作者：史博臻谷宇

圖：張陽

編輯：朱偉

相關焦點

  • 火星環繞器上海造!7個月,跨越4億公裡飛近火星
    約7個月的飛行過程中，環繞器首先作為飛行器，將著陸巡視器送至火星著陸軌道；待成功釋放著陸巡視器後，環繞器作為通信器，為著陸器建立與地球之間中繼通信鏈路；通信工作結束後，環繞器作為科學探測器對火星進行遙感探測。
  • 7個月，4億公裡，中國人正式向火星進發
    7個月，4億公裡，中國人正式向火星進發！上海航天負責環繞器總體設計與研製 「根據任務分工，中國航天科技集團有限公司第八研究院承擔本次火星探測任務中的環繞器總體設計與研製工作。」火星環繞器攜帶著陸巡視器，主要完成地火轉移、火星制動捕獲、軌道調整等任務，為火星車提供3個月的中繼支持服務，通過攜帶的高解析度相機、中解析度相機、次表層探測雷達等有效載荷對火星開展約一個火星年的科學探測，實現對火星全球普查和局部詳查。據介紹，環繞器具備三大功能：飛行器、通信器和探測器。
  • 中國首次自主「火星旅行」解構「太空多面手」環繞器
    三大功能：飛行器、通信器、探測器「天問一號」探測器重約5噸，由環繞器和著陸巡視器組成，計劃經過大約7個月的飛行，最終抵達火星。探測器到達火星後，著陸巡視器會擇機分離，並降落到火星表面，開展探測，環繞器將繞著火星轉圈，給火星拍照，獲得其地形地貌、土壤成分和地下水冰等特性。
  • 火箭助推器、「天問一號」火星環繞器來自上海！離開地球表面，長徵五號運載火箭帶你靠近火星探秘
    2020年7月23日，中國航天科技集團有限公司研製的長徵五號運載火箭在海南文昌航天發射場點火升空，伴隨著巨大的轟鳴聲，成功將「天問一號」火星探測器順利送入預定軌道，發射取得圓滿成功。火星環繞器攜帶著陸巡視器，主要完成地火轉移、火星制動捕獲、軌道調整等任務，為火星車提供3個月的中繼支持服務，通過攜帶的高解析度相機、中解析度相機、次表層探測雷達等有效載荷對火星開展約一個火星年的科學探測，實現對火星全球普查和局部詳查。
  • 中國首次自主「火星旅行」 解構「太空多面手」環繞器
    張陽　攝 　　中新網上海7月23日電 題：中國首次自主「火星旅行」 解構「太空多面手」環繞器　　作者 鄭瑩瑩 郭超凱　　說走就走的「火星旅行」？沒那麼簡單。環繞器的總體設計與研製工作由中國航天科技集團有限公司上海航天技術研究院承擔。　　三大功能：飛行器、通信器、探測器　　「天問一號」探測器重約5噸，由環繞器和著陸巡視器組成，計劃經過大約7個月的飛行，最終抵達火星。
  • 「天問一號」火星探測器的上海智造
    火星環繞器攜帶著陸巡視器，主要完成地火轉移、火星制動捕獲、軌道調整等任務，為火星車提供3個月的中繼支持服務，通過攜帶的高解析度相機、中解析度相機、次表層探測雷達等有效載荷對火星開展約一個火星年的科學探測，實現對火星全球普查和局部詳查。天問探火·兩大載荷探測火星表面地貌圖像等「神秘」信息「這兩個載荷一個在環繞器上，一個在火星車上。
  • 「地月合影」驚豔亮相 火星環繞器還有哪些獨特本領
    （國家航天局供圖） 人民網北京7月30日電（趙竹青）7月27日，天問一號火星探測器通過其上的光學導航敏感器，在距離地球家園120萬公裡處回望，拍下了地月合影的珍貴一幕。在這幅黑白合影圖像中，地球與月球一大一小，均呈新月狀，在茫茫宇宙中交相輝映。 「天問一號」火星探測器系統由環繞器和著陸巡視器組成。
  • 「地月合影」驚豔亮相 火星環繞器還有哪些獨特本領
    2020-07-30 09:34:30 來源：人民網-科技頻道來源：人民網人民網北京7月30日電（趙竹青）7月27日，天問一號火星探測器通過其上的光學導航敏感器，在距離地球家園120萬公裡處回望，拍下了地月合影的珍貴一幕。在這幅黑白合影圖像中，地球與月球一大一小，均呈新月狀，在茫茫宇宙中交相輝映。
  • 聰明能幹的「太空多面手」——專家揭秘「天問一號」上的火星環繞器
    新華社記者趙穎全攝新華社北京7月24日電(記者張建松、胡喆、周琳)7月24日,《新華每日電訊》刊載題為《聰明能幹的「太空多面手」——專家揭秘「天問一號」上的火星環繞器》的報導。「天問一號」由環繞器、著陸巡視器組成。其中，中國航天科技集團公司八院承擔了火星環繞器的研製重任。
  • 奔向火星！「天問一號」一飛沖天，「上海製造」全力助推「天問」
    來源：新聞晨報 上海發布 據央視新聞報導，7月23日，中國首次火星探測任務「天問一號」探測器，在海南島東北海岸中國文昌航天發射場，由長徵五號遙四運載火箭發射升空。點火發射！約七個月的飛行過程中，環繞器首先作為飛行器，將著陸巡視器送至火星著陸軌道；待成功釋放著陸巡視器後，環繞器作為通信器，為著陸器建立與地球之間中繼通信鏈路；通信工作結束後，環繞器作為科學探測器對火星進行遙感探測。
  • 要飛4.7億公裡:天問一號2月10日左右被火星捕獲
    來自中國航天科技集團的消息稱， 按照計劃，天問一號火星探測器將在一個多月後， 今年2月10日左右 ，在臨近火星後實施近火制動，也就是俗稱的「剎車」減速。 　　之後，天問一號將被火星捕獲，進入環火軌道，成為火星的一顆人造衛星，為著陸火星作準備。
  • 火星的誘惑：中國「天問」出徵，跨越4億公裡的探索
    但是，火星探測之路任重道遠，眼下的成功發射，只能代表「天問一號」的火星之旅順利開啟，接下來，「天問一號」在成功著陸火星之前，還有更多高風險的任務需要完成。火星的誘惑與月球相比，火星距離地球過於遙遠。月球與地球的距離約在36至40萬公裡之間，而火星距離地球約在5600萬至4億公裡之間，地火最遠距離約為地月距離的1000倍。
  • 天問·探路火星｜「上海牌」環繞器：能飛能探測的「多面手」
    環繞器設計壽命３年首次火星探測任務探測器系統副總指揮兼環繞器總指揮張玉花介紹，根據任務分工，中國航天科技集團有限公司第八研究院（上海航天技術研究院）承擔本次火星探測任務中的環繞器總體設計與研製工作，在研製過程中攻克火星制動捕獲、長期自主管理等關鍵技術難點，將實現地火間的超遠距離測控通信，並將通過環繞探測實現火星全球性、綜合性探測，完成火星表面重點地區高精度
  • 飛行7個月！航程4億公裡！天問一號千裡迢迢來到火星可不僅是找水
    美國宇航局在1975年發射、1976年入軌的海盜1號探測器則是一個軌道器與著陸器結合的組合體，軌道器運行在近火點357公裡、遠火點3.4萬公裡的軌道上，在任務結束時共計環繞火星運行1485圈。著陸器為靜止平臺，無法進行表面漫遊移動，因此美國宇航局的早期火星任務中也僅僅實現了繞、落的步驟，沒有實現「巡」。
  • 脫離地球軌道奔向火星懷抱,天問一號4個月後將與火星交會
    脫離地球軌道奔向火星懷抱，天問一號4個月後將與火星交會　　「天問一號」正式離開「母親懷抱」。　　2020年10月9日23時，在我國首次火星探測任務飛行控制團隊控制下，天問一號探測器主發動機點火工作480餘秒，順利完成深空機動。　　改變探測器當前軌道，使其進入一條新的軌道而進行的軌道控制稱作機動。
  • 脫離地球軌道奔向火星 天問一號4個月後將與火星交會
    2020年10月9日23時，在我國首次火星探測任務飛行控制團隊控制下，天問一號探測器主發動機點火工作480餘秒，順利完成深空機動。改變探測器當前軌道，使其進入一條新的軌道而進行的軌道控制稱作機動。此次軌道機動在距離地球大約2940萬千米的深空實施。對於「天問一號」火星探測任務，此次變軌意義重大。
  • 「天問一號」任務火星探測器發射成功，7個月長途跋涉奔向火星
    7月23日12時41分，我國在中國文昌航天發射場，用長徵五號遙四運載火箭成功發射首次火星探測任務「天問一號」探測器，火箭成功將探測器送入預定軌道，開啟火星探測之旅，邁出了我國行星探測第一步。記者了解到，「天問一號」任務火星探測器由中國航天科技集團五院抓總研製，發射升空後將經歷7個月左右的長途跋涉，突破極其遙遠距離，到達火星並開展環繞和巡視探測。
  • 火星環繞器「問天」之前都經歷了什麼？
    7月23日，我國首次自主火星探測任務探測器「天問一號」搭載長徵五號遙四運載火箭，於海南文昌航天發射場成功發射，其中「太空多面手」環繞器將「一器分飾多角」，將完成「太空剎車」等高難度動作。天線展開：環繞器的感官神經火箭載著火星探測器飛行約37分鐘後，便迎來了星箭分離的重要時刻。此時，火星環繞器的太陽翼和各類天線便逐步啟動展開模式。火星環繞器共有7個種類12個活動部件。
  • 共享星球丨4億公裡星空，火星說：」地球，你能聽見我嗎？」
    7月23號，在海南文昌航天發射場，搭載著「天問一號」探測器的「長徵五號」遙四運載火箭發射成功，我國首個火星探測任務順利開啟。由環繞器、著陸巡視器組成的「天問一號」探測器，按計劃將進行長達約7個月風塵僕僕的星際跋涉，到達這顆神秘的紅色星球，完成環繞火星、著陸火星、巡視火星三大任務，朝著成為「全球火星競賽」第三名的目標前進。
  • 我國火星探測器「天問一號」飛行裡程突破4億公裡
    我國首次火星探測任務「天問一號」自20年7月底成功發射後已成功完成地月合照、火星探測器自拍、多次中途修正、一次深空機動動作、以及火星探測器攜帶載荷開機自檢等工作內容，天問一號還成功進行了數次軌道修正，根據計劃火星探測器將會在21年2月份左右接近火星後緊急剎車，隨後實施探測器制動然後使探測器進入環火軌道