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探測器深空機動軌道示意圖探測器調姿示意圖(圖片:李貴良)
10月9日23時,在我國首次火星探測任務飛行控製團隊控製下,天問一號探測器主發動機點火工作480餘秒,順利完成深空機動。至此,探測器的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。
在距離地球大約2940萬千米的深空實施軌道機動,對於“天問一號”火星探測任務來說,此次變軌意義重大。未來,探測器將在當前軌道飛行約4個月後與火星交會,期間將實施兩到三次軌道中途修正。
看點一:什麼是深空機動?與軌道修正區別在哪?
在航天術語中,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製稱作“修正”。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製稱作“機動”。
深空機動是指在地火轉移段實施的一次變軌機動。因其在距離地球大約2940萬(wan)千(qian)米(mi)的(de)深(shen)空(kong)實(shi)施(shi),故(gu)被(bei)稱(cheng)作(zuo)深(shen)空(kong)機(ji)動(dong)。中(zhong)國(guo)航(hang)天(tian)科(ke)技(ji)集(ji)團(tuan)八(ba)院(yuan)火(huo)星(xing)環(huan)繞(rao)器(qi)團(tuan)隊(dui)介(jie)紹(shao),通(tong)過(guo)深(shen)空(kong)機(ji)動(dong),可(ke)以(yi)改(gai)變(bian)探(tan)測(ce)器(qi)原(yuan)有(you)的(de)飛(fei)行(xing)速(su)度(du)和(he)方(fang)向(xiang),使(shi)其(qi)能(neng)夠(gou)沿(yan)著(zhe)變(bian)軌(gui)後(hou)的(de)軌(gui)道(dao)順(shun)利(li)飛(fei)行(xing)至(zhi)火(huo)星(xing)。
此前,“天問一號”已完成兩次軌道中途修正。專家表示,與速度增量較小、發(fa)動(dong)機(ji)工(gong)作(zuo)較(jiao)短(duan)的(de)常(chang)規(gui)中(zhong)途(tu)修(xiu)正(zheng)不(bu)同(tong),深(shen)空(kong)機(ji)動(dong)過(guo)程(cheng)中(zhong),探(tan)測(ce)器(qi)由(you)發(fa)射(she)入(ru)軌(gui)的(de)逃(tao)逸(yi)轉(zhuan)移(yi)軌(gui)道(dao)變(bian)軌(gui)為(wei)精(jing)確(que)到(dao)達(da)火(huo)星(xing)的(de)軌(gui)道(dao),速(su)度(du)增(zeng)量(liang)大(da),發(fa)動(dong)機(ji)工(gong)作(zuo)時(shi)間(jian)長(chang),因(yin)而(er)對(dui)探(tan)測(ce)器(qi)控(kong)製(zhi)和(he)推(tui)進(jin)係(xi)統(tong)提(ti)出(chu)了(le)極(ji)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)。

探測器深空機動軌道示意圖探測器調姿示意圖(圖片:李貴良)
看點二:為什麼要進行“深空機動”
記(ji)者(zhe)了(le)解(jie)到(dao),天(tian)問(wen)一(yi)號(hao)的(de)軌(gui)道(dao)設(she)計(ji),是(shi)在(zai)綜(zong)合(he)考(kao)慮(lv)從(cong)發(fa)射(she)到(dao)火(huo)星(xing)捕(bu)獲(huo)的(de)各(ge)種(zhong)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)後(hou),為(wei)使(shi)推(tui)進(jin)劑(ji)消(xiao)耗(hao)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao),采(cai)取(qu)了(le)轉(zhuan)移(yi)過(guo)程(cheng)中(zhong)進(jin)行(xing)一(yi)次(ci)深(shen)空(kong)機(ji)動(dong)的(de)飛(fei)行(xing)策(ce)略(lve)。
具體來說,執行深空機動是軌道聯合優化的結果,能夠提升運載的發射能力、增加探測器的發射質量,使探測器可以攜帶更多的推進劑,更好地完成探測任務。
綜合來看,深空機動“好處多多”。jujieshao,tongguoshiyongshenkongjidongjinxingguidaoshejiheguidaokongzhi,budanchenggongzengjialetanceqidetuijinjixiedailiang,hainenggoujiangyigedadebuhuosuduzengliangfenjieweiliangcixiangduijiaoxiaodesuduzengliang,youliyujianxiaofadongjidancigongzuoshijian,baozhengfadongjigongzuodekekaoxing。
同時,深空機動的實施有利於3000N發動機的標定,過程中可對3000N大發動機進行推力和比衝標定,而精確的發動機標定參數可以更好地確保火星捕獲的精度。
此(ci)外(wai),通(tong)過(guo)深(shen)空(kong)機(ji)動(dong),八(ba)院(yuan)火(huo)星(xing)環(huan)繞(rao)器(qi)研(yan)製(zhi)團(tuan)隊(dui)實(shi)現(xian)了(le)對(dui)探(tan)測(ce)器(qi)到(dao)達(da)時(shi)間(jian)的(de)優(you)化(hua),能(neng)夠(gou)得(de)到(dao)更(geng)加(jia)有(you)利(li)的(de)捕(bu)獲(huo)點(dian)處(chu)的(de)光(guang)照(zhao)條(tiao)件(jian)和(he)通(tong)信(xin)條(tiao)件(jian),也(ye)使(shi)捕(bu)獲(huo)時(shi)探(tan)測(ce)器(qi)經(jing)曆(li)的(de)火(huo)影(ying)時(shi)間(jian)(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。
看點三:深空機動如何實現?
據(ju)國(guo)家(jia)航(hang)天(tian)局(ju)探(tan)月(yue)與(yu)航(hang)天(tian)工(gong)程(cheng)中(zhong)心(xin)深(shen)空(kong)探(tan)測(ce)總(zong)體(ti)部(bu)部(bu)長(chang)耿(geng)言(yan)介(jie)紹(shao),天(tian)問(wen)一(yi)號(hao)這(zhe)次(ci)軌(gui)道(dao)調(tiao)整(zheng)是(shi)本(ben)次(ci)火(huo)星(xing)探(tan)測(ce)任(ren)務(wu)到(dao)目(mu)前(qian)為(wei)止(zhi)難(nan)度(du)最(zui)大(da)的(de)一(yi)次(ci)。
此次深空機動需要根據預定到達火星時間、軌(gui)道(dao)參(can)數(shu)與(yu)即(ji)時(shi)測(ce)控(kong)定(ding)軌(gui)參(can)數(shu)製(zhi)定(ding)深(shen)空(kong)機(ji)動(dong)變(bian)軌(gui)策(ce)略(lve),完(wan)成(cheng)對(dui)應(ying)的(de)探(tan)測(ce)器(qi)姿(zi)態(tai)和(he)軌(gui)道(dao)控(kong)製(zhi),確(que)保(bao)探(tan)測(ce)器(qi)在(zai)深(shen)空(kong)機(ji)動(dong)後(hou)處(chu)於(yu)與(yu)火(huo)星(xing)精(jing)確(que)相(xiang)交(jiao)的(de)軌(gui)道(dao)上(shang)。
為了精準實現深空機動,需要測控係統、探(tan)測(ce)器(qi)係(xi)統(tong)兩(liang)方(fang)麵(mian)的(de)密(mi)切(qie)配(pei)合(he)。據(ju)了(le)解(jie),為(wei)了(le)完(wan)成(cheng)地(di)麵(mian)測(ce)控(kong)的(de)精(jing)密(mi)定(ding)軌(gui)和(he)器(qi)上(shang)精(jing)確(que)自(zi)主(zhu)的(de)軌(gui)道(dao)控(kong)製(zhi),本(ben)次(ci)深(shen)空(kong)機(ji)動(dong)中(zhong),地(di)麵(mian)對(dui)探(tan)測(ce)器(qi)的(de)定(ding)軌(gui)任(ren)務(wu)由(you)我(wo)國(guo)深(shen)空(kong)測(ce)控(kong)站(zhan)和(he)天(tian)文(wen)台(tai)共(gong)同(tong)完(wan)成(cheng),準(zhun)確(que)保(bao)證(zheng)了(le)探(tan)測(ce)器(qi)變(bian)軌(gui)的(de)精(jing)密(mi)定(ding)軌(gui)需(xu)求(qiu)。
同時,還需天問一號自身“素質過硬”。據了解,為了能夠精確自主控製軌道,火星環繞器裝備了高精度陀螺、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。

探測器調姿示意圖(圖片:李貴良)
看點四:3億公裏外的精確“瞄準”
本次深空機動中,環繞器瞄準的製動捕獲時火星的位置距離環繞器約3億公裏遠,誤差控製約200公裏,相當於北京到上海約1200公裏距離中瞄準一個直徑約0.8米的目標。其難度可想而知。
而從此次深空機動控製的結果來看,實際精度要優於設計指標。這是火星探測任務團隊緊密配合、不懈努力的結果。
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