天問一號專家團隊揭開深空制動背后的小秘密

正全速奔向火星的“天問一號”，又傳來一個好消息。10月9日23時，天問一號探測器主發動機點火工作480余秒，順利完成奔火旅程中的唯一一次深空機動。

對于“天問一號”火星探測任務，此次變軌意義重大。這意味著，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。探測器將在當前軌道飛行約4個月后與火星交會，期間將再實施兩到三次軌道中途修正。

究竟何為深空機動，對于飛向火星的天問一號而言意味著啥?完成深空機動面臨哪些風險?此次深空機動背后的幕后“操盤手”上海航天火星環繞器團隊向記者透露了背后的秘密。

與此前已經實施的兩次軌道修正(為減小飛行偏差，使探測器沿著預定軌道飛行而進行的軌道控制)不同，深空機動是要改變當前火星探測器飛行的軌道，使其進入一條新的軌道而進行的軌道控制。此次軌道機動在距離地球大約2940萬千米的深空實施，天問一號的軌道設計，綜合考慮了從發射到火星捕獲的各種約束條件并使推進劑消耗盡可能小，采取了轉移過程中進行一次深空機動的策略。

這次深空機動完成后，可以改變探測器原有的飛行速度和方向，使其能夠沿著變軌后的軌道順利飛行至火星。

此次深空機動前，已實施兩次軌道中途修正

上海航天技術研究院相關專家表示，執行深空機動是運載入軌彈道和地火轉移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。與速度增量較小，發動機工作較短的常規中途修正不同，深空機動過程中，探測器由發射入軌的逃逸轉移軌道變軌為精確到達火星的軌道，速度增量大，發動機工作時間長，對探測器控制和推進系統提出了極高的要求。

值得關注的是，通過使用深空機動進行軌道設計和軌道控制，上海航天火星環繞器團隊不但成功增加了探測器的推進劑攜帶量，還實現了三大目標——

一是，深空機動將一個大的捕獲速度增量分解為兩次相對較小的速度增量，有利于減小發動機單次工作時間，保證發動機工作的可靠性。二是，深空機動的實施有利于3000牛發動機的標定，過程中可對3000牛大發動機進行推力和比沖標定，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。三是，通過深空機動，上海航天火星環繞器研制團隊實現了對探測器到達時間的優化，能夠得到更加有利的捕獲點處的光照條件和通信條件，也使捕獲時探測器經歷的火影時間(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。

那么，如此關鍵的深空機動是如何實現的呢?

專家表示，執行深空機動任務需要上海航天火星環繞器團隊根據預定到達火星時間、軌道參數與即時測控定軌參數制定深空機動變軌策略，完成對應的探測器姿態和軌道控制，確保探測器在深空機動后處于與火星精確相交的軌道上。

為完成地面測控的精密定軌和器上精確自主的軌道控制，此次深空機動中，地面對探測器的定軌任務由我國深空測控站和天文臺共同完成，準確保證了探測器變軌的精密定軌需求。同時，為了能夠精確自主控制軌道，上海航天抓總研制的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。

最終的數據表明，這次深空機動堪稱完美。

深空機動后，未來還將擇機實施兩到三次軌道中途修正

此次深空機動中，探測器距火星約3億公里遠，但誤差要控制在約200公里，相當于北京到上海約1200公里距離中瞄準一個直徑約0.8米的目標。最終，深空機動控制的實際精度優于設計指標。后續，團隊將根據探測器實際飛行狀態，迭代優化中途修正策略，利用中途修正持續對到達火星的軌道再進行精確修正，保證探測器能夠按計劃準確進入火星捕獲走廊，被火星引力捕獲進入環火軌道，開展著陸火星的準備和后續科學探測等任務。