天問·探路火星｜「上海牌」環繞器：能飛能探測的「多面手」
2020-07-24 澎湃新聞澎湃新聞高級記者 謝瑞強 通訊員 谷宇
7月23日，由中國航天科技集團有限公司研製的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。
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、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。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。
「多面手」任務多
環繞器具備三大功能：飛行器、通信器和探測器。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。
環繞器具備四大特點：飛行時間長，面臨環境差，控制要求高，空間動作繁。環繞器不僅任務繁重，其難度也是空前的。
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、火星捕獲、離軌著陸、中繼通信、科學探測。
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，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。
責任編輯：李怡清
校對：張豔
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奔向火星！「天問一號」一飛沖天，「上海製造」全力助推「天問」
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奔向火星!「天問一號」需要飛多遠?
天問一號飛行裡程突破4億千米 計劃今年進入環火軌道並著陸火星記者從國家航天局獲悉，截至今天（1月3日）6時，我國首次火星探測任務「天問一號」火星探測器已經在軌飛行約163天，飛行裡程突破4億千米，距離地球接近1.3億千米，距離火星約830萬千米。探測器姿態穩定，按計劃將在一個多月後實施近火制動，進入環火軌道，準備著陸火星。 -
一分鐘帶你看懂，天問一號的遠徵火星全過程
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天問一號將使中國坐上火星探測第二把交椅，但相比老美仍落後15年
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組圖｜「天問一號」海南出發 開啟火星探測之旅
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