4個月後火星見！「天問一號」這一動作意義重大

2020-10-13 四川希望汽車職業學院

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。此次軌道機動在距離地球大約2940萬千米的深空實施。

探測器調姿示意圖


探測器深空機動軌道示意圖


記者從中國航天科技集團八院了解到，對於「天問一號」火星探測任務，此次變軌意義重大。至此，探測器的飛行軌道變為能夠準確被火星捕獲的與火星精確相交的軌道。探測器將在當前軌道飛行約4個月後與火星交會，期間將實施兩到三次軌道中途修正。


探測器深空機動軌道示意圖



深空機動是什麼？與軌道修正區別在哪？


航天科技集團八院火星環繞器團隊介紹，深空機動是指在地火轉移段實施的一次變軌機動。通過深空機動可以改變探測器原有的飛行速度和方向，使其能夠沿著變軌後的軌道順利飛行至火星。


執行深空機動是運載入軌彈道和地火轉移軌道聯合優化的結果，能夠提升運載的發射能力、增加探測器的發射質量，使探測器可以攜帶更多的推進劑，更好地完成探測任務。與速度增量較小，發動機工作較短的常規中途修正不同，深空機動過程中，探測器由發射入軌的逃逸轉移軌道變軌為精確到達火星的軌道，速度增量大，發動機工作時間長，對探測器控制和推進系統提出了極高要求。


深空機動的3大好處


通過使用深空機動進行軌道設計和軌道控制，八院火星環繞器團隊不但成功增加了探測器的推進劑攜帶量，還實現了3方面目標。


首先，深空機動將一個大的捕獲速度增量分解為兩次相對較小的速度增量，有利於減小發動機單次工作時間，保證發動機工作的可靠性。


同時，深空機動的實施有利於3000N發動機的標定，過程中可對3000N大發動機進行推力和比衝標定，而精確的發動機標定參數可以更好地確保火星捕獲的精度。


通過深空機動，八院火星環繞器研製團隊實現了對探測器到達時間的優化，能夠得到更加有利的捕獲點處的光照條件和通信條件，也使捕獲時探測器經歷的火影時間（探測器進入太陽光被火星遮擋的陰影區）和通信盲區時間更短。


如何實現深空機動


執行深空機動任務需要八院火星環繞器團隊根據預定到達火星時間、軌道參數與即時測控定軌參數制定深空機動變軌策略，完成對應的探測器姿態和軌道控制，確保探測器在深空機動後處於與火星精確相交的軌道上。


為了完成地面測控精密定軌和器上精確自主軌道控制，本次深空機動中，地面對探測器的定軌任務由我國深空測控站和天文臺共同完成，準確保證了探測器變軌的精密定軌需求。為了能夠精確自主控制軌道，火星環繞器裝備了高精度陀螺、加速度計以及具備故障識別與自主處理能力的器上計算機，充分保證了軌控的精度和可靠性。


瞄準3億公裡以外


本次深空機動中，環繞器瞄準的制動捕獲時火星的位置距離環繞器約3億公裡遠，誤差控制約200公裡，相當於北京到上海約1200公裡距離中瞄準一個直徑約0.8米的目標。


在八院火星環繞器團隊的不懈努力下，此次深空機動控制的實際精度優於設計指標。


後續，團隊將根據探測器實際飛行狀態，迭代優化中途修正策略，利用中途修正持續對到達火星的軌道再進行精確修正，保證探測器能夠按計劃準確進入火星捕獲走廊，被火星引力捕獲進入環火軌道，開展著陸火星的準備和後續科學探測等工作。

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