科學大爆炸

天問一號打卡1億公里——

“探火”還要邁幾道坎

8月28日，我國首次火星探測任務天問一號探測器累計飛行1億公里。從7月23日成功發(fā)射算起，天問一號已在軌飛行約36天。

相比環(huán)繞地球飛行、降落月球表面，飛向火星并非易事。這將是一次漫長的太陽系之旅，按照專家的估算，到達火星時，天問一號距離地球約1.95億公里，實際飛行路程約4.7億公里，整個過程中還要歷經(jīng)軌道修正、制動捕獲等難關。

現(xiàn)在的天問一號，已經(jīng)成為一顆人造行星，在地火轉(zhuǎn)移軌道上，與地球、火星共同繞太陽公轉(zhuǎn)，并逐漸遠離地球，飛向火星。之前的1億公里，天問一號都經(jīng)歷了什么，而未來的3億多公里，它還要邁哪幾道坎?

最后來一張地月合影

中國航天人追尋火星的腳步，在火箭飛行的過程中就已經(jīng)開始了。7月23日12時41分，天問一號帶著十幾種不同功能的科學載荷，在萬眾期待中，踏上了奔向火星的漫漫征途。

“定向天線展開!”這是一個非常關鍵的控制，在4億公里的距離上，地面和探測器間傳送的無線電信號，將變得非常微弱，而展開這個近6平方米的“大鍋”非常重要，它能大幅提升傳輸信號強度。到了火星軌道，與地面遠距離通信就全靠它了。天線展開后，意味著中國探火之旅從此有了“生命線”。

出門遠行的第四天，天問一號飛行過程一切正常，但身邊沒有了熟悉的地球大氣，它只身旅行在黑色的宇宙海洋，而地球和月球變得越來越小。

天問一號拿出隨身攜帶的光學導航相機，為地球和月亮拍了一張合照。在這幅黑白合影圖像中，地球與月球一大一小，均呈新月狀，在茫茫宇宙中相互陪伴，仿佛正向人們微笑示意。

中國航天科技集團八院研制專家告訴記者，探測器在太空中，就像輪船航行在茫茫大海上，不同的是飛離地球后沒有衛(wèi)星導航系統(tǒng)指引。與傳統(tǒng)的無線電導航不同，光學自主導航可以通過圖像目標識別和特征提取，完成位置、速度等導航信息的獲取。

“光學導航敏感器就好比探測器的‘眼睛’。”八院控制所光學導航專家打了個比方，“有了這雙明亮的‘眼睛’，探測器也就有了自主能力，可以自己看著飛向目的地”。

在天問一號飛近火星的過程中，中國航天人將裝有長焦鏡頭的導航敏感器當作一只“千里眼”，最遠可以在1000萬公里的距離識別火星，還能自主適應火星從點目標到面目標、從弱目標到強目標的火星圖像提取，即使沒有外部導航信息，也能夠在深空飛行中自主找到前進的道路。

成為一顆人造行星

按照國際電信聯(lián)盟的定義，深空邊界為距離地球200萬公里遠的空間，7月29日，也就是天問一號入軌后6天，它成功突破這一邊界，正式成為太陽系中一顆遨游深空的人造行星。

截至8月25日23時，天問一號遠離地球的距離突破1000萬公里，累計行程達9329萬公里。北京航天飛行控制中心首次火星探測任務型號總師崔曉峰表示，是邊界就意味著一定程度上的挑戰(zhàn)極限，深空邊界也一樣，代表著超遠距離、超大時延的環(huán)境變化，這無疑是地面飛控人必須攻克的難關。

雖說條條大路通羅馬，但漫漫太空旅行要順利完成，一定要有科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。目前，天問一號處于無動力飛行狀態(tài)，在飛行過程中，受到入軌偏差、控制精度偏差等因素影響，微小的偏差會逐漸積累放大，因此，及時修正調(diào)節(jié)十分必要。

8月2日，天問一號探測器3000牛頓發(fā)動機工作20秒鐘，完成第一次軌道中途修正。

我國首次火星探測任務探測器系統(tǒng)環(huán)繞器技術副總負責人朱慶華說，很多汽車都具有車道保持功能，如果車偏離了自己的車道，就會自動修正方向，讓車回到原本的車道上來?；鹦翘綔y器的軌道修正與之類似，但不同的是，火星探測器要修正的不僅僅是飛行方向，還有飛行速度等多個變量。

他告訴記者，天問一號發(fā)動機開機時間確定為20秒鐘，軌道專家最終拿出了既能滿足發(fā)動機標定又實現(xiàn)地火轉(zhuǎn)移能量最優(yōu)的控制策略。

據(jù)崔曉峰介紹，未知的太空意味著風險和挑戰(zhàn)，牽好地面和航天器的“通信線”至關重要。在照顧好天問一號的同時，飛控人還必須合理利用深空測控資源，實施了嫦娥四號著陸器、巡視器和中繼星的休眠喚醒，兼顧好在月球上的“老壽星”嫦娥三號著陸器，讓中國的“玉兔”能夠在月球背面繼續(xù)巡視探測。

未來的過五關斬六將

據(jù)中國首次火星探測任務探測器系統(tǒng)副總指揮兼環(huán)繞器總指揮張玉花介紹，在未來幾個月的飛行過程中，天問一號還將經(jīng)過3-4次中途修正和1次深空機動修正，環(huán)繞器逐漸飛近火星，進入火星捕獲段。

這其中，火星捕獲是火星探測任務中技術風險最高的環(huán)節(jié)之一，由于火星捕獲窗口的唯一性，捕獲的成敗決定了火星探測任務的成敗。這一點火制動過程，通常被稱為“踩剎車”。

張玉花說，“剎車”踩早了，探測器速度降得過低，探測器會墜入大氣層撞擊火星;踩晚了，探測器就不能被火星引力捕獲，從而飛離火星。

成功捕獲進入環(huán)火軌道后，火星探測器會進行一系列軌道調(diào)整，進入停泊軌道，將近火點調(diào)整到著陸點上空附近，并在每次經(jīng)過近火點時，對巡視器著陸區(qū)域進行詳查，為著陸巡視器的下一步著陸做好準備。

張玉花說，探測器進入火星捕獲軌道后，經(jīng)過3-4次軌道調(diào)整，將進入周期約兩個火星日的停泊軌道?；鹦翘綔y器會在停泊軌道運行約75天，開展12次預著陸區(qū)成像探測，并將成像數(shù)據(jù)回傳至地面，完成著陸巡視器預選落區(qū)的預探測。

她告訴記者，在完成3個月的火星中繼任務后，天問一號火星環(huán)繞器將在近火點進行制動降軌，進入科學探測軌道，并在該軌道上繼續(xù)運行1個火星年，執(zhí)行火星全球遙感探測任務。

不過這一切都要等到幾個月之后才能實現(xiàn)。

北京飛控中心一位年輕的科技工作者說，第一個月，對天問一號和地面的航天人來說，都是新鮮且緊張的，天問一號猶如新生兒，每一天都處于新的位置，面對著新的環(huán)境。而航天人們則如新晉父母，要守護它，去應對每一個可能的挑戰(zhàn)。盡管很難，但這一切都將充滿意義——濃縮在十幾個月里，見證中國的問天之路。(邱晨輝)

關鍵詞： 天問一號