天问一号|距离地球超1000万公里，“天问一号”在太空飞行1月余，还要连闯七大难关
8月25日22时45分 ， 我国首次火星探测“天问一号”任务探测器已在茫茫太空中飞行了1月余 ， 距离地球超1000万公里 ， 刷新了中国航天深空探测里程的新纪录 。 “天问一号”的火星之旅还很长 ， 它还将面临哪些风险点 ， 科研人员都有哪些保障技术和措施？近日 ， 航天领域相关专家和研制单位接受了本报采访人员采访 ， 对“天问一号”任务探测器的奔火旅程进行了详细解读 。 
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“天问一号”主要飞行阶段示意图 。国家航天局探月与航天工程中心供图踩准26个月一遇的“探火窗口”火星是太阳系中与地球最为相似的行星 ， 它的一天是24.6小时 ， 也有四季变化 ， 有大气 。 虽然火星表面平均气温只有零下63度 ， 但夏天阳光直射的区域 ， 气温能够上升到20摄氏度 ， 尤其是在火星赤道 ， 极端温度可以达到30摄氏度 。 正因为火星上的环境接近地球 ， 这也为人类移民火星创造了条件 ， 所以火星是目前人类除地球以外研究程度最高的一个行星 。 用空间探测器探测火星 ， 几乎贯穿整个人类的航天史 。
“天问一号”任务火星探测器升空前后 ， 阿联酋和美国也发射了各自的火星探测器 。 为何大家都纷纷赶着7月下旬到8月上旬这个时间点呢？航天科普专家庞之浩告诉采访人员 ， 因为这是26个月才轮到一次的“探火窗口”时间 。
庞之浩介绍 ， 地球和火星都围绕着太阳公转 ， 这好比它们在田径场“赛跑” 。 地球在里圈 ， 跑得快 ， 365天跑一圈；火星在外圈 ， 跑得慢 ， 687天跑一圈 。 地球和火星在各自“奔跑”时 ， 最近相距5500万公里 ， 最远相距可达4亿公里 。 距离相差如此悬殊 ， 人类肯定要在两位“邻居”相近的时候送出探测器 ， 以节省燃料 。 这个“最近”时间点 ， 每26个月才会轮到一次 。
不过 ， 这个“最近”时间点是在今年九十月份 。 那大家为何选择在七八月份发射探测器呢？庞之浩说 ， 这也是因为火星和地球在内外圈“跑步”的关系 。 如果探测器在两颗行星最近的时候升空 ， 地球比火星“跑得”快 ， 探测器升空后不久就跑到火星前面去了 ， 无法与火星就近相会 。
因此必须要巧妙利用地球和火星的公转位置 ， 提前设计探测器的发射轨道 。 当火星位于地球前方约44°时 ， 人类发射探测器 ， 探测器可以充分利用地球的公转“跑步”速度 ， 追上火星 ， 然后被火星引力捕获 ， 最终抵达目的地 。 这条神奇的轨道被称为霍曼轨道 。 按照霍曼轨道的运行规律 ， 探测器七八月份升空 ， 这样正好可以赶上九十月份地火距离最近时“偶遇”火星 。
“探火之旅”后续七大难关步步惊心中国航天科技集团五院介绍 ， 国际上对于火星的探测 ， 起步于20世纪60年代 ， 截至今年6月底共发射了44个火星探测器 ， 但任务成功概率只有50%左右 。
庞之浩说 ， 成功实现火星探测 ， 需要渡过八大难关 。 目前“天问一号”任务探测器已经顺利渡过第一道“发射”难关 ， 接下来还有七道关口 ， 可谓是步步惊心 。
■通信难关 目前“天问一号”任务探测器已距离地球1000多万公里 ， 并且依然在以每天约30万公里的速度远离地球 ， 信号强度与距离的平方成反比 ， 这意味着 ， 未来传回地球的探测器信号将越发微弱 ， 过去很多探测器就因此失联了 。
■控制难关 由于探测器距离地球遥远 ， 测控信号延时将越来越长 。 到最后着陆阶段 ， 地火之间的信号传输将长达20多分钟 。 这需要探测器有很强的自主工作性能 ， 不能什么都靠地球团队来遥控 。 尤其体现在变轨、姿态调整方面 ， 需要根据提前注入的数据自主开展变轨 ， 因为每秒1米的延时误差 ， 到火星附近就会产生10公里左右的位置误差 ， “差之毫厘”就有可能“谬以千里” 。
■能源难关 “天问一号”任务火星探测器离地球越来越远 ， 离太阳也越来越远 ， 受到太阳辐射强度大大减弱 ， 这就要求探测器的太阳能电池阵较大 ， 且有很高的光电转化效率 ， 来提供足够的能源 。
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