2020年7月23日ri，天tian問wen一yi號hao探tan測ce器qi成cheng功gong發fa射she，中zhong國guo人ren的de行xing星xing探tan測ce之zhi旅lv正zheng式shi啟qi程cheng。曆li經jing數shu億yi公gong裏li的de長chang途tu跋ba涉she
，如ru今jin探tan測ce器qi已yi抵di達da火huo星xing停ting泊bo軌gui道dao，並bing計ji劃hua在zai後hou續xu擇ze機ji著zhe陸lu火huo星xing，執zhi行xing一yi係xi列lie探tan測ce任ren務wu。

　　在飛往火星的漫漫征途中，探測器由誰操控?距地球數億公裏外的深空機動

、軌道修正都是如何完成的?這就不得不提到GNC。

　　地球大氣層外
，各類衛星、探測器之所以能夠始終行駛在自己的軌道而不互相幹擾
，是因為它們都自帶GNC這一“自主駕駛”係統，GNC是製導(Guidance)、導航(Navigation)與控製(Control)的簡稱，它既是導航儀也是金牌司機，可以做到控製衛星嚴格按照既定軌道運行。

　　對於天問一號這樣的行星探測器來說，GNC的責任就更大了。從地球到火星這一趟“星際長途”
，堪比唐僧師徒四人的取經之路。從軌道修正
、太空“刹車”
，再到最終實現“繞”“著”“巡”總體目標

，這一係列精準走位都要靠GNC來實現，每一步都至關重要。

　　金牌司機秘籍一

　　猛踩刹車時也要穩住“方向盤”

　　當“胖五”一記大力托舉將天問一號送入地火轉移軌道後，探測器在宇宙中的自主飛行控製就由環繞器GNC分係統接管了。它的主要任務，就是確保探測器能夠按既定時間和地點準確到達火星。

　　zaishangyigonglidefeixinglvchengzhong，shizhihaoli
，miuyiqianli。suoyiguochengzhongruobujinxingjingquexiuzheng，tanceqijiuhuiyuhuoxingcajianerguole。tianwenyihaoshishidesiciguidaozhongtuxiuzhengheyicishenkongjidong，jiushizaibuduanditiaozheng“方向盤”，以實現精準到達火星的同時，盡可能地節省燃料消耗。

　　飛行過程中，每一次調整都需要環繞器GNC來實現變軌速度增量的高精度控製，其中難度最大、時間最長

、可靠性要求最高的當屬近火製動捕獲控製，這一腳大力刹車的過程中
，環繞器3000N發動機點火工作15分鍾。在這個過程中，GNC要克服巨大的幹擾力矩
，時刻保持探測器飛行姿態的指向穩定。

　　2021年2月10日20時
，天問一號減速約1km/s後成為我國第一顆環繞火星的人造衛星

，製動過程的速度增量控製精度達到了mm/s的量級，環繞器GNC完成了這關鍵的一腳刹車。

　　金牌司機秘籍二

　　找準“定位”很關鍵

　　我們開車在路上時，都會通過車道線來判斷行駛狀態，但茫茫宇宙中

，天問一號如何感知自身姿態從而進行各種軌道調整呢?這時，宇宙中的恒星就化身一座座“燈塔”

，組成了探測器姿態測量的參考源。

　　夜空中的星星，絕大部分是離地球非常遙遠的恒星，它們的位置也可視為恒定的，GNC分係統的“重要法寶”——星(xing)敏(min)感(gan)器(qi)通(tong)過(guo)拍(pai)攝(she)圖(tu)像(xiang)識(shi)別(bie)出(chu)星(xing)空(kong)中(zhong)的(de)多(duo)顆(ke)恒(heng)星(xing)
，並(bing)能(neng)夠(gou)利(li)用(yong)圖(tu)像(xiang)匹(pi)配(pei)算(suan)法(fa)計(ji)算(suan)出(chu)相(xiang)對(dui)空(kong)間(jian)姿(zi)態(tai)旋(xuan)轉(zhuan)。在(zai)飛(fei)往(wang)火(huo)星(xing)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，天(tian)問(wen)一(yi)號(hao)通(tong)過(guo)星(xing)敏(min)感(gan)器(qi)實(shi)時(shi)進(jin)行(xing)姿(zi)態(tai)測(ce)量(liang)

，從(cong)而(er)提(ti)供(gong)了(le)精(jing)準(zhun)控(kong)製(zhi)探(tan)測(ce)器(qi)飛(fei)行(xing)姿(zi)態(tai)的(de)反(fan)饋(kui)信(xin)息(xi)。

　　除此之外，此次火星探測任務中GNC還配置了一雙“火眼金睛”，一隻為“千裏眼”光學導航敏感器

，可在飛近火星的過程中，遠距離計算火星中心方向和半徑大小;另一隻是“廣角鏡”hongwaidaohangminganqi，zaihuanhuojinjulifeixingshiliyonghuoxingjububianyuantuxiangshixianhuanhuoguidaoweizhihesududezizhujisuan，muqianliangkuanminganqijunwanchenglezaiguishiyan，weiwoguoshenkongtanceguangxuezizhudaohangjishudegongchengyingyongjileilebaoguijingyan。

　　金牌司機秘籍三

　　不會“一心多用”的司機不是好司機

　　在2020年發射的火星探測器中，和阿聯酋、美國的探測器相比隻有天問一號同時肩負著環繞
、著陸和巡視的“三重任務”


，可謂“一心多用”。

　　阿聯酋希望號的高增益天線和太陽翼均采用固定安裝的方式，這使得其火星探測載荷觀測
、太陽翼對日保障能源和天線對地通訊指向不能同時兼顧
，這樣的結構雖然降低了工程難度
，卻也犧牲了一定的科學探測能力。

　　美(mei)國(guo)則(ze)采(cai)用(yong)直(zhi)接(jie)著(zhe)陸(lu)的(de)方(fang)式(shi)，這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)美(mei)國(guo)還(hai)有(you)能(neng)工(gong)作(zuo)的(de)火(huo)星(xing)軌(gui)道(dao)器(qi)為(wei)著(zhe)陸(lu)提(ti)供(gong)數(shu)據(ju)中(zhong)繼(ji)服(fu)務(wu)，使(shi)其(qi)可(ke)以(yi)專(zhuan)注(zhu)於(yu)火(huo)星(xing)著(zhe)陸(lu)探(tan)測(ce)的(de)科(ke)學(xue)目(mu)標(biao)。

　　對於天問一號來說，環繞器要負責火星轉移飛行、火星環繞遙感、對火星車數據中繼等任務，這使得環繞器GNC在控製“方向盤”detongshi
，yaozhuandongtaiyangyishishiduizhuntaiyanghuoqunengliang，haiyaozhuandonggaozengyitianxianduizhundiqiuhuoquxinhao
，zhuandongzhongjitianxianduizhunhuoxingchejinxingzitaigenzong，zhiyouzhexiekongzhimubiaodoudadaoyaoqiu，cainengshuohuanraoqiGNC完成了任務。

　　器地之間單向最長達20分鍾的通訊時延
，需要以上控製執行過程具備全自主和高可靠性。因此
，環繞器GNC分係統的技術涵蓋慣性測量、光電探測、伺服驅動等多領域，需要實現供電控製、信息交互
、時空信息計算，角動量控製、推力控製、多維指向驅動，故障診斷
、自主重構
、最壞情況恢複等一係列功能性能
，可謂“一點都不能差”。

　　截至目前
，環繞器GNC分fen係xi統tong已yi準zhun確que執zhi行xing了le天tian問wen一yi號hao飛fei行xing過guo程cheng中zhong的de各ge次ci軌gui道dao修xiu正zheng，精jing準zhun實shi現xian近jin火huo製zhi動dong捕bu獲huo，支zhi撐cheng環huan繞rao器qi載zai荷he獲huo取qu遙yao感gan數shu據ju，時shi刻ke確que保bao著zhe探tan測ce器qi飛fei行xing姿zi態tai

、能源供給和通訊鏈路的安全。後續，隨著探測器著陸
，GNC這位“金牌司機”還將繼續扮演重要的作用，為中國人的深空探測夢提供重要保障。