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天问|“天问一号”顺利完成深空机动四大看点

奔向火星关键一步！“天问一号”顺利完成深空机动四大看点
10月9日 ， 在我国首次火星探测任务飞行控制团队努力下 ， “天问一号”探测器顺利完成深空机动 。 至此 ， 探测器的飞行轨道变为能够准确被火星捕获的、与火星精确相交的轨道 。 截至深空机动前 ， “天问一号”已飞行超过78天 ， 距离地球超过2900万公里 ， 目前探测器各系统状态良好 。 对我国首次火星探测任务而言 ， 此次深空机动意义重大 。
什么是深空机动？与轨道修正有何区别？
深空机动是指在地火转移段实施的一次变轨机动 。 中国航天科技集团八院火星环绕器团队专家告诉采访人员 ， 通过深空机动可以改变探测器原有的飞行速度和方向 ， 使其能够沿着变轨后的轨道顺利飞行至火星 。
专家介绍 ， 执行深空机动是运载火箭入轨弹道和地火转移轨道联合优化的结果 ， 能够提升运载的发射能力、增加探测器的发射质量 ， 使探测器可以携带更多的推进剂 ， 更好地完成探测任务 。
此前 ， “天问一号”已完成两次轨道中途修正 。 专家表示 ， 与速度增量较小、发动机工作较短的常规中途修正不同 ， 深空机动过程中 ， 探测器由发射入轨的逃逸转移轨道变轨为精确到达火星的轨道 ， 速度增量大、发动机工作时间长 ， 对探测器控制和推进系统提出了极高要求 。
如何实现深空机动？
执行深空机动任务需要飞行控制团队根据预定到达火星时间、轨道参数与即时测控定轨参数制定深空机动变轨策略 ， 完成对应的探测器姿态和轨道控制 ， 确保探测器在深空机动后处于与火星精确相交的轨道上 。
“‘天问一号’在跑 ， 地球在跑 ， 火星也在跑 。 目前‘天问一号’已经距离地球超过2900万公里 ， 我们互相之间的时延已经比较大了 ， 所以很多动作都要靠我们事先设计和探测器自己完成 ， 这些都具有难度和挑战 。 ”我国首次火星探测任务“天问一号”探测器副总指挥张玉花说 。
为了完成地面测控的精密定轨和探测器上精确自主的轨道控制 ， 此次深空机动中 ， 地面对探测器的定轨任务由我国深空测控站和天文台共同完成 ， 准确保证了探测器变轨的精密定轨需求 。 为了能够精确自主控制轨道 ， 火星环绕器装备了具备故障识别与自主处理能力的计算机 ， 充分保证了轨道控制的精度和可靠性 。
深空机动对火星探测好处多
【天问|“天问一号”顺利完成深空机动四大看点】据悉 ， 通过使用深空机动进行轨道设计和轨道控制 ， 不但成功增加了探测器的推进剂携带量 ， 还实现了三方面目标 。
首先 ， 深空机动将一个大的捕获速度增量分解为两次相对较小的速度增量 ， 有利于减小发动机单次工作时间 ， 保证发动机工作的可靠性 。 同时 ， 深空机动的实施有利于3000N发动机的标定 ， 过程中可对3000N发动机进行推力和比冲标定 ， 而精确的发动机标定参数可以更好地确保火星捕获的精度 。
此外 ， 通过深空机动 ， 八院火星环绕器研制团队实现了对探测器到达时间的优化 ， 能够得到更加有利的捕获点处的光照条件和通信条件 ， 也使捕获时探测器经历的火影时间（探测器进入太阳光被火星遮挡的阴影区）和通信盲区时间更短 。
3亿公里之遥精确瞄准 精度优于设计指标
此次深空机动中 ， 环绕器距离瞄准的火星位置约3亿公里 ， 误差控制约200公里 ， 这相当于从北京到上海约1200公里的距离中瞄准一个直径约0.8米的目标 ， 难度可想而知 。
在飞行控制团队的不懈努力下 ， 此次深空机动控制的实际精度优于设计指标 。 后续 ， 工作人员将根据探测器实际飞行状态 ， 迭代优化中途修正策略 ， 利用中途修正持续对到达火星的轨道进行精确修正 ， 确保探测器能够按计划准确进入火星捕获走廊 ， 被火星引力捕获进入环火轨道 ， 开展着陆火星的准备和后续科学探测等工作 。 采访人员胡喆


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