天問一號完成唯一一次太空「變道」，抵達火星還要闖幾關？

新京報快訊（記者 倪偉）10月9日23時，在我國飛行控制團隊控制下，天問一號火星探測器主發動機點火工作480餘秒，順利完成深空機動。

天問一號在軌道設計中，安排了一次深空機動和四道五次軌道修正。這次深空機動相當於唯一一次「變道」，意義重大。

至此，探測器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。也就是說，沿著變道後的軌道飛行，天問一號就能直接抵達火星附近。

據國家航天局消息，天問一號將在當前軌道飛行約4個月後與火星交會，其間還將實施兩到三次軌道中途修正。

天問一號探測器深空機動軌道示意圖。圖/國家航天局

為什麼要進行深空機動？

——為了調整奔火軌道

自從7月23日發射升空，天問一號在抵達火星之前，需要經過多次軌道調整，任何一個火星探測器都不可能飛在一條理想的地火轉移軌道上，中間需要數次軌道修正和深空機動。

軌道修正是為了減小飛行偏差，使探測器沿著預定的軌道飛行而進行的軌道控制。深空機動是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。

打個比方，就像駕車過程中，修正是微調方向盤，機動就是大拐彎。

據中國航天科技集團八院火星環繞器團隊介紹，這次深空機動，改變了天問一號的飛行速度和方向，沿著變軌後的軌道，就可以順利飛行到火星了。

10月1日，國家航天局發布的天問一號「自拍」照，由分離測量傳感器拍攝。圖/國家航天局

深空機動難度多大？

——約3億公裡誤差控制約200公裡

火星環繞器團隊介紹，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的要求。

這次深空機動中，瞄準的制動捕獲時火星位置約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，最終實現的實際精度優於設計指標。

為了實現深空「變道」，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，制定變軌策略，完成了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。

為了完成地面測控的精密定軌和精確自主的軌道控制，本次深空機動中，定軌任務由我國深空測控站和天文臺共同完成。火星環繞器上裝備了高精度陀螺、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。

深空機動有什麼好處？

——能攜帶更多燃料，確保捕獲精度

起初選擇深空機動的方式，也有很多優勢。比如，能允許天問一號攜帶更多燃料，更好地完成探測任務。

另外，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，減小發動機單次工作時間；同時，有利於對發動機進行推力和比衝標定，更好地確保火星捕獲的精度。

通過深空機動，火星環繞器研製團隊還實現了對探測器到達時間的優化，得到更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，保證探測器被火星軌道捕獲，順利環繞火星。

距離到達火星還有多遠？

——4個月後到達，還需多次「闖關」

此次軌道機動在距離地球大約2940萬千米的深空實施。天問一號將在當前軌道飛行約4個月後抵達火星附近，其間還將實施兩到三次軌道中途修正。

此前，天問一號已經進行過兩次軌道修正。8月2日7時，剛出發10天的天問一號完成首次軌道修正，3000N推力的發動機工作20秒鐘。9月20日23時，天問一號探測器4臺120N發動機同時點火工作20秒，完成第二次軌道中途修正，並在軌驗證了120N發動機的實際性能。天問一號發射入軌和第一次中途修正的精度很高，因此第二次修正量很小。

火星環繞器團隊介紹，後續將根據實際飛行狀態，再進行精確的軌道修正，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。

被火星捕獲是整個任務中技術風險最高的環節之一，俗稱「踩剎車」，只有一次機會。「剎車」早了，探測器速度降得過低，會墜入大氣層撞擊火星; 「剎車」晚了，探測器就會錯過火星，飛向深空。

順利進入環火軌道後，天問一號還要經過多次軌道調整，進入周期約兩個火星日的停泊軌道。天問一號在停泊軌道飛行近三個月，一次次從首選著陸點烏託邦平原上空掠過，觀察著陸點，開展預著陸區成像探測。

最終在窗口到來的那一刻，天問一號完成環繞器和著陸器的在軌分離，著陸器在大約9分鐘的時間裡，執行升力控制、彈傘開傘、拋大底、拋背罩、懸停、避障和著陸緩衝等一系列動作，降落在火星表面。

新京報記者 倪偉

編輯 樊一婧 校對 吳興發