「天問一號」探火五大看點

7月23日12時41分，我國在海南島東北海岸中國文昌航天發射場，用長徵五號遙四運載火箭將我國首次火星探測任務「天問一號」探測器發射升空，飛行2000多秒後，成功將探測器送入預定軌道，開啟火星探測之旅，邁出了我國自主開展行星探測的第一步。

探測器將在地火轉移軌道飛行約7個月後，到達火星附近，通過「剎車」完成火星捕獲，進入環火軌道，並擇機開展著陸、巡視等任務，進行火星科學探測。首次火星探測任務新聞發言人、國家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤傑表示，此次火星探測任務的科學目標，主要是實現對火星形貌與地質構造特徵、火星表面土壤特徵與水冰分布、火星表面物質組成、火星大氣電離層及表面氣候與環境特徵、火星物理場與內部結構等的研究。

世界首次一步實現火星探測「繞、著、巡」，最遠距離達4億公裡如何實現超遠距離深空通信？火星探測器發射後將經歷怎樣的歷程到達火星？記者為您梳理出一份此次火星探測的「觀賞指南」。

世界首次 一步實現「繞、著、巡」

火星是離地球較近且環境最相似的星球。目前，人類已對火星實施了44次探測任務，其中成功了24次。

我國首次火星探測任務憑藉火星環繞器和著陸巡視器的超強陣容，可一步實現火星「環繞、著陸、巡視」三個目標，這是其他國家在首次實施火星探測任務時從未實現過的。

相比月球探測，火星探測任務的難度更大。由於火星相對地球距離較為遙遠，對發射、軌道、控制、通信和電源等技術領域都提出了很高的要求。

中國航天科技集團八院「天問一號」探測器系統副總師兼環繞器總設計師王獻忠介紹，研製團隊不僅攻克了火星制動捕獲、長期自主管理等關鍵技術難點，更實現了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。

臨門一腳 制動捕獲「踩剎車」

在火星探測器從地球飛向火星的過程中，能夠被火星引力所捕獲的機會只有一次。利用火箭助推，探測器獲得了擺脫地球引力的能量，使用精心設計的轉移軌道，探測器能夠最終順利抵達火星附近。

然而，受限於攜帶的推進劑有限，環繞器在抵達火星後，必須把握住唯一的機會對火星進行制動捕獲。此次火星探測任務捕獲時探測器距離火星僅400公裡,而此時探測器相對火星的速度高達4到5公裡每秒，一不留神就會撞擊火星或飛離，捕獲的成功與否成為火星探測任務成敗的關鍵。

在這一制動捕獲過程中，火星環繞器面臨諸多挑戰。由於捕獲時探測器距離地球1.93億公裡，單向通信時延達到10.7分鐘，地面無法對這一制動過程進行實時監控，只能依靠探測器自主執行捕獲策略。此外，在制動過程中，環繞器需要在自身出現突發狀況時自主完成相應處理，最大限度保證火星捕獲成功。

首次火星探測任務新聞發言人、國家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤傑介紹，捕獲過程中，火星環繞器需要準確地進行點火制動，如果制動點火時間過長，探測器速度下降過多，探測器就會一頭撞上火星，如果制動點火時間過短，探測器速度過快，就會飛離火星從而無法進入環繞軌道，這對環繞器的自主導航與控制提出了極高要求。

4億公裡 超遠距離深空通信

環火飛行階段，由於地球和火星的運行規律，探測器距離地球最遠達到4億公裡。為了解決超遠距離通信問題，火星環繞器裝備了測控數傳一體化系統，實現了系統重量輕、通信效率高、通信鏈路可靠的目標。

為補償空間衰減，火星環繞器配置了大功率行波管放大器以及大口徑可驅動的定向天線，大幅度提高探測器到地球通信能力。

自主管理 探測火星需要會思考的「大腦」

通常情況下，環繞地球運行的衛星都是由地面控制中心根據衛星的實時狀態和任務要求進行控制的。但火星環繞器由於探測器到地球的距離遠，通信延時大，無法完全依靠地面指令對星上出現的突發狀況進行實時處理。

此次火星探測任務的關鍵節點，自主管理同樣需要發揮巨大作用。在火星探測器進行環繞器與著陸巡視器分離時，環繞器需在短時間內完成3次調姿和2次變軌，對姿態及位置測量及控制精度要求非常高。正是依靠自主在軌管理系統，火星環繞器才能夠精準、及時地完成與著陸巡視器的分離。

多樣載荷 給火星拍個「中式定妝照」

此次火星環繞器上共搭載7種有效載荷，可對地火轉移空間、火星軌道空間、火星表面及其次表層開展科學探測，獲取行星際射電頻譜數據、火星表面圖像、火星地質構造和地形地貌、火星表層結構和地下水冰分布、火星礦物組成與分布、火星空間磁場環境、近火星空間環境和地火轉移軌道能量粒子特徵及其變化規律。

其中中解析度相機可對火星全球開展地形地貌普查，高解析度相機可對火星重點地區開展局部高解析度地形地貌詳查，將為火星拍下來自中國的「定妝照」。

綜合新華社海南文昌7月23日電

一個試驗，試了5種方案才過關

南航獨立研製探測器「黑匣子」

記者昨天從南京航空航天大學舉辦的火星探測器發射直播觀摩活動獲悉，本次發射任務，南航承擔了火星探測器信標裝置的研製工作，這是國內唯一獨立承擔火星探測器載荷研製任務的高校。

國內外首創，在探測器著陸時進行通信保障

「火星探測器信標類似於飛機的『黑匣子』，在非設計的著陸條件下根據設計的通信窗口返回指定的信息。」火星探測器信標項目主任設計師張子建介紹。

2018年8月，火星應急信標裝置研製團隊在南航正式成立，詳細設計方案於2019年4月評審通過，經過6個月的研製與技術攻關，11月底正樣產品順利投產，2020年4月信標裝置正式交付。

信標裝置要求能夠在高強度衝擊、極寒等極端環境下開展數據通信保障，在火星探測器進行著陸時進行通信保障，這在國內外都是「首創」。

一個全新的產品，用6個月左右的時間開展設計、製造、試驗、驗證等一系列工作，難度可想而知。

「在信標裝置通信能力測試的過程中，研製人員發現通信有丟幀的現象，原因一直無法定位，而交付進度沒有任何餘地，研製團隊承擔了巨大壓力。」南航火星應急信標團隊副總指揮、航天學院黨委書記季海群介紹，在此關鍵時刻，學院成立了臨時黨支部，為了查找和定位通信的故障，不帶問題上天，黨員們主動放棄假期，成立了技術突擊小隊，連續48小時對通信系統軟硬體排查，最終在出廠交付前解決了問題。

一個試驗，試了5種方案才過關

高過載衝擊試驗是考核信標裝置抗極端環境的重要驗證試驗，試驗過程具有一定的危險性，儘管在試驗前有專門關於技術安全的風險控制措施，確保試驗在安全前提下開展，但高衝擊試驗的危險性和不確定性還是讓團隊成員吃了不少苦頭。

回顧信標的研製經歷，南航火星應急信標團隊總設計師、航天學院常務副院長陳金寶介紹，為了讓高衝擊試驗可控、可測地進行，團隊採用了5種試驗驗證工作的衝擊方案。

「第一種方案需要近距離測量信標參數，但由於信標位置的不可預知性，團隊成員需要冒著被砸傷的風險，堅守在試驗場第一線，進行參數測量。信標距離成員的距離不足十米，稍微出現一點偏差，團隊成員可能就面臨生命危險。」他介紹，而這僅僅是開始，由於第一種方案無法滿足試驗的測試要求，團隊迅速調整後又開始驗證第二種、第三種方案，但都滿足不了指標要求。

經過無數次摸索，克服了種種困難，終於，第五種試驗方案達到了各種指標，試驗驗證工作圓滿完成。

多位南航校友參與發射任務

南航多位校友參與了本次發射任務。中國空間技術研究院空間科學與深空探測首席科學家、南航航天學院院長葉培建院士擔任總指揮、總設計師顧問，嫦娥四號探測器總設計師、南航88級校友孫澤洲擔任火星探測器總設計師，航天學院的火星信標項目團隊則承接了火星探測器信標裝置的研製工作。

在此次火星探測器搭載的長徵五號系列火箭的研製工作中，也有許多「南航元素」。負責長徵五號系列主體結構製造、總裝和測試的是天津航天長徵火箭製造有限公司，南航85級飛機設計專業校友孟凡新擔任該公司總經理。去年底，長徵五號遙三運載火箭的成功復飛，也有郭萬林院士為代表的南航科研人員提供的「南航智慧」。

通訊員 王偉

南報融媒體記者 談潔

實習生 杜天舒