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從地球到火星,“天問一號”將會經歷些什麼?

2020年07月25日11:09 | 來源:人民網-科技頻道
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“天問一號”火星任務探測器模擬圖(探測器抓總研制單位航天科技集團五院提供)

人民網北京7月24日電(趙竹青)7月23日,我國首次火星探測任務“天問一號”探測器在中國文昌航天發射場啟程。隨著長征五號遙四火箭的點火升空,我國拉開了向更遙遠的深空探測的序幕。我國將通過一次發射,實現“繞、著、巡”三大任務,這在世界航天史上尚屬首次。

“過五關斬六將”,火星探測器將經過7個月的長途飛行,最終抵達火星並開展科學探測任務。記者從火星探測任務環繞器總體設計與研制單位中國航天科技集團有限公司第八研究院獲悉,此次奔火“征途”中,“天問一號”需要經過地火轉移、火星捕獲、離軌著陸、中繼通信及科學探測五個飛行階段,全程超過4億公裡。

“天問一號”火星探測器沿地火轉移軌道奔向火星(探測器抓總研制單位航天科技集團五院提供)

地火轉移,7個月漫長旅行飛向火星

航天科技集團八院火星環繞器團隊相關科研人員向記者介紹了“天問一號”飛往火星的路徑。

整個飛行過程從火箭發射開始。7月23日12時41分,“胖五”長征五號遙四火箭在海南文昌航天發射場點火升空, 半個多小時后,探測器與火箭在距離地面600多公裡的太空中進行分離,探測器至此進入地火轉移軌道。

接下來,在地火轉移軌道上經歷約7個月的飛行,在地面測控系統的支持下,大約經過4-5次中途修正和1次深空機動修正飛行路徑,環繞器逐漸飛近火星,進入火星捕獲段。

“天問一號”火星任務探測器系統由環繞器和著陸巡視器組成(探測器抓總研制單位航天科技集團五院提供)

火星捕獲,探測任務最驚險環節

據介紹,火星捕獲是火星探測任務中技術風險最高的環節之一。由於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”。

“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,剎車踩晚了,探測器就不能被火星引力捕獲,從而飛離火星。”科研人員對記者表示。

據介紹,為了精確把控發動機的開關時機,環繞器在近火捕獲前需要由地面對其進行精確的無線電測定軌,再結合從環繞器上光學自主導航儀器中獲得的導航信息,得到環繞器和火星的精確位置。

制動過程中,依靠可靠的捕獲策略,確保探測器處於“捕獲走廊”直至進入環火軌道。此外,制動過程還需要火星環繞器具備自主應對器上突發故障能力,確保火星捕獲過程開展順利可靠。

成功捕獲進入環火軌道后,火星探測器會進行一系列軌道調整進入停泊軌道,將近火點調整到著陸點上空附近,並且在每次經過近火點時對巡視器著陸區域進行詳查,為著陸巡視器的下一步著陸做好准備。

降軌進入,釋放著陸巡視器進入火星大氣(探測器抓總研制單位航天科技集團五院提供)

降軌進入,釋放著陸巡視器進入火星大氣

據介紹,探測器進入火星捕獲軌道后,經過數次軌道調整進入周期約2個火星日的停泊軌道。

火星探測器會在停泊軌道運行約75天,開展若干次預著陸區成像探測,並將成像數據回傳至地面,完成著陸巡視器預選落區的預探測和進入點位置調整動作。

在確認著陸條件滿足要求后,環繞器擇機進行一次降軌機動,進入火星進入軌道,作釋放著陸巡視器的最后准備。降軌完成后,著陸巡視器與環繞器分離。分離結束后,著陸巡視器進行火星大氣進入段的飛行,火星環繞器則進行升軌機動,將軌道拉起返回到停泊軌道,為下一步進入中繼軌道做好准備。

在停泊軌道上,火星環繞器將再次進行軌道調整,進入中繼軌道,開始執行與著陸巡視器的中繼通信任務。火星環繞器在中繼軌道上運行大約3個月,在地球與著陸巡視器之間搭建起溝通的橋梁。

在完成3個月的火星中繼任務后,火星環繞器在近火點進行制動降軌,進入科學探測軌道,並在該軌道上繼續運行1個火星年,執行火星全球遙感探測任務。 

著陸器抵達火星表面,開展巡視探測(探測器抓總研制單位航天科技集團五院提供)

(責編:趙竹青、呂騫)

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