天問一號中途修正的意義何在?天問探火,獨樹一幟。向科學家致敬

2020-08-03 科技修仙賽博豬

8月2日7時0分,我國首次火星探測任務天問一號探測器順利完成第一次軌道中途修正,之後繼續向火星駛去,這不是最後一中途修正。在這之後,天問一號還將進行三次中途修正,與一次深空機動修正。要知道,去火星的路並不容易。

天問一號探測器需通過霍曼轉移軌道——從繞天體運行的原軌道加速進入橢圓軌道的近拱點,之後慣性飛行至遠拱點,並在遠拱點加速以此進入下一級軌道。反過來則可以通過兩次減速進入較低軌道,直至進入目標軌道。

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我們智慧的設計師,使天問一號從地球發射,之後進入繞太陽飛行軌道,再進入飛抵火星的軌道,期間要經歷多次變軌,直至進入繞火星軌道,形成從地球發射到火星環繞的完整連續軌道,又稱地球-火星轉移軌道。

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在軌道轉移過程中,受入軌偏差、時滯、控制精度等等多種因素影響,軌道很容易出現偏差。更由於探測器長時間處於無動力飛行,在如此長的旅程中會將微小位置速度誤差會逐漸累計和放大,最後的結果只能是變軌失敗與火星相互錯過。在探火失敗的探測器中,有一半都是因為變軌失敗,另一半是因為失聯導致變軌失敗。為確保探測器安全轉移軌道,首先要確保探測器不會偏離軌道。這時候,中途修正就很重要了。

當然,要把探測器及時拉回正確軌道,僅靠中途修正是不夠。在探測任務過程中,火星環繞器距離地面最遠達到了4億公裡,信號從發射到接收的一來一回要跑44分鐘,在這漫長的傳輸過程中,信號衰減,延時大,往往無法及時依靠地面指令對探測器進行實時控制。

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毅力號

為此美國使用了恆星掃描儀和太陽傳感器 恆星掃描儀(帶有備用系統)和太陽傳感器使太空飛行器通過分析太陽和其他恆星相對於自身的位置來知道太空中的位置,保證自己不會飛歪。在巡航階段通過兩個X波段天線發送命令,加強與地面的聯繫。其分別為巡航低增益天線和巡航中增益天線。巡航低增益天線安裝在內圈內部,巡航中增益天線安裝在外圈內部。

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在飛行過程中,太空飛行器以2 rpm的旋轉速率旋轉穩定。定期旋轉軸指向更新可確保天線始終指向地球,並且太陽能電池板始終指向太陽。當太空飛行器靠近地球時,它會在巡航初期使用低增益天線。低增益天線的工作原理就像一個燈泡,向所有方向發射信號。因此,當太空飛行器靠近地球時,傳遞到地球的大部分信號都到達地球。

當太空飛行器遠離地球而更靠近火星時,從太空飛行器的角度看,太陽與地球處於相同的區域,而無法保證更多的信號僅落到地球上,因此,太空飛行器切換到中等增益天線。該天線的作用更像射燈,並且可以將相同量的能量引導到更緊密的光束中,僅將信號射向地球。就像射燈下能比普通燈泡將更多的光聚集起來並照的更遠,中等增益天線可以將來自太空飛行器的數據集束到比低增益天線更緊密的光束中。

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天問稍有不同。為了知道自己在哪,&34;配備了光學導航敏感器和紅外導航敏感器,同樣具備自主定位的能力。光學導航敏感器通過亞像素級圖像處理獲取火星輪廓並解算出自身位置。紅外導航敏感器採用可見光譜段和長波紅外譜段複合探測方式,通過對火星凝視成像,檢測火星圖像邊緣,輔助環繞器完成軌道測量。使環繞器能夠在遙遠深空中自主找到前進的道路。

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為了為克服信號在傳輸中的巨大衰減、時延和空間電磁幹擾等因素。我們的科學家成功研製了以超高靈敏度的數位化應答機和大口徑可兩維驅動天線為核心的X頻段測控數傳一體化測控系統。超高靈敏度的應答機讓探測器在滿是噪音的宇宙中找到來自地球的信號,正確理解並執行來自地球的指令。大口徑可兩維驅動天線精準的將天線實時對準數億公裡外的地球,儘可能多的收集那個方向上的信號並交給應答機過濾。同時,大口徑天線也有集束信號的能力,將探測器在火星探查的所有信息射向地球。

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我們難以比較兩種方法孰優孰劣,但只要能到達火星那就是好方法。時間會證明一切,讓我們拭目以待為&34;加油。

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