天问一号如何打好“漂移” 听听轨道设计团队怎么说

　　“天问一号”如何打好“漂移”、漂移踩好刹车

　　作者：本报记者 张蕾

　　2021年2月10日，天问听听团队“天问一号”火星探测器顺利实施近火制动，号何完成火星捕获，打好正式踏入环火轨道。轨道目前，设计说探测器各系统状态良好，漂移近火制动后入轨精度很高，天问听听团队为后续环火飞行的号何顺利开展赢得了“开门红”。

　　奔火路上，打好“天问一号”如何打好“漂移”、轨道踩好刹车，设计说并识别多样复杂的漂移环火轨道？所有这些，离不开航天科技集团五院总体设计部轨道设计团队的天问听听团队星际引航。下面，号何就让我们一起来听听“天问一号”轨道设计团队怎么说……

　　奔火路上需要中途修正和深空机动

　　自2020年7月23日发射以来，踏上奔火高速路的“天问一号”已经完成了4次轨道中途修正和一次深空机动。与嫦娥系列探测器在地月空间飞行不同，“天问一号”是在进行星际航行，发射升空3天后就已经彻底脱离了地球的引力场。为了确保它能够顺利奔火，航天五院悉心为它设计了最优的飞行轨道，并制定了详细、全面的控制策略，助力“天问一号”在导航中精准飞行。

　　在地火转移的高速路上，“天问一号”长期处于无动力飞行状态，难免会受到入轨偏差、控制偏差和其他摄动因素的影响，与预定轨道产生一定的偏离。为了更接近理论轨道飞行，它就需要轻转“方向盘”、慢踩“油门”，通过中途修正的方式来进行飞行方向和速度的细节调整。

　　在高速奔火的路上，深空机动是“天问一号”需要掌握的漂移技巧。与中途修正相比，深空机动是控制量更大的轨控动作，使探测器通过一次大转弯或者大漂移，从地球的公转面进入到火星的公转面，精确瞄准火星飞行。“从轨道设计的角度来说，深空机动主要是为了调整探测器绕日轨道的尺寸和倾角，以满足到达火星的需求。”轨道负责人周文艳研究员这样解释。

　　只有一次机会，必须精准踩下刹车

　　第4次中途修正后，“天问一号”保持着平稳的飞行轨迹抵达火星附近。在中国人民欢度春节的日子里，火星迎来了新的探寻者。从地火转移轨道进入到环火轨道，需要通过近火制动来实现火星捕获，从而完成日心轨道和火心轨道的顺利衔接。

　　“天问一号”需要准确识别通往火星的高速路标并刹车慢行，在通往环火轨道的“匝道”上谨慎行驶。“对于轨道设计来说，近火制动这脚刹车力道大小极为考究——踩得太轻，就会飞离火星；踩得太重，则会对后面的飞行时序产生巨大影响。”轨道主管设计师高珊形象地描述。

　　完成第4次中途修正，“天问一号”便进入到合适的窗口期，必须精准地踩下刹车，即通过近火制动实现火星捕获，一步到位迈入预定环火轨道。对于“天问一号”来说，近火制动只有一次机会，因为下一次合适的窗口期是在2033年。

　　另一个对轨道控制带来巨大挑战的是通信延时。由于探测器距离地球太过遥远，即将踏入环火轨道的“天问一号”与地球的通信延迟超过10分钟——这意味着无法对火星捕获情况进行实时监控和快速应对。面对这样一段“视觉盲区”，轨道设计团队协同控制系统进行了近千种故障工况的分析，确定了关键参数及阈值，编写了近两百份故障预案，以保证火星探测器在地面无法实时控制的情况下，对可能发生的情况进行恰当的判断和反应。

　　通过复杂的轨道控制来保证“泊车”

　　这是中国的航天器首次抵达火星附近，要一次实现“绕、着、巡”三个目标，轨道设计的难度很高。

　　“天问一号”火星探测器由环绕器与着陆巡视器组成。为了保证着陆巡视器顺利着陆火星，“天问一号”需要通过复杂的轨道控制来保证“泊车”。

　　据悉，完成火星捕获后，进入环火轨道的“天问一号”将面临更大的考验：在远火点进行一次平面机动，调整飞行的轨道倾角，为后续“泊车”工作奠定基础；回到近火点时，要“慢踩刹车”，迈入到停泊调相轨道，并对轨道周期进行调整，以保证轨迹经过预定的着陆点；在停泊调相轨道再次到达近火点时，“天问一号”需要进行第三次刹车进入停泊轨道，并多次维持在该轨道上对着陆区拍摄成像，保证能够在预定时间、地点完成着陆巡视器的着陆。

　　“妥善完成前面步骤后，‘天问一号’再次减速进入停泊轨道，对着陆区拍摄成像，并选择合适的位置，完成‘泊车’的最后一步——环绕器与着陆巡视器分离，着陆巡视器进入火星大气。”轨道设计团队的工作人员强调。

　　(本报记者 张蕾)