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天问一号成功实施制动,顺利进入环火星轨道
发布时间:2021-02-22 作者: 信息来源: 八院

2021年2月10日19时52分中国首次火星探测任务天问一号探测器实施近火捕获制动环绕器3000N轨控发动机点火工作约15分钟探测器顺利进入近火点高度约400千米周期约10个地球日倾角约10°的大椭圆环火轨道成为我国第一颗人造火星卫星实现“绕、着、巡”第一步“绕”的目标环绕火星获得成功

其中,实施制动捕获的环绕器由中国航天科技集团八院抓总研制。此次天问一号火星制动捕获的成功标志着我国首次火星探测任务“绕、落、巡”三大目标中的环绕目标顺利达成,为后续着陆、巡视任务的实施奠定了基础。

火星捕获是火星探测任务中技术风险最高、最为关键的环节之一,在火星探测器从地球飞向火星的过程中,能够被火星引力所捕获形成环绕轨道的机会只有一次。利用火箭助推,探测器获得了摆脱地球引力的能量,使用精心设计的地火转移轨道,探测器能够最终顺利抵达火星附近。然而,此时探测器相对于火星的速度约为4-5km/s。环绕器在接近火星后,必须把握住唯一的机会,利用自身携带的推进剂点火减速,最终实现对火星的捕获。

我国本次火星探测任务捕获时,探测器距离火星最近仅400km,稍有偏差就会撞击火星或飞离,因此,捕获的成败就成为了火星探测任务成败的关键

在这一制动捕获过程中,火星环绕器面临着诸多困难。由于捕获时探测器距离地球1.92亿公里,单向通信时延达到了约11分钟,地面无法对这一制动过程进行实时监控,只能依靠探测器自主执行捕获策略。由于发动机点火减速的15分钟内,推进剂消耗量将近900kg,液体晃动及帆板抖动带来的干扰力矩大,需要探测器实时感知并进行精确的姿态控制。

捕获过程中,火星环绕器需要准确地进行点火制动,古天乐代言太阳城形象地称之为“踩刹车”。踩这脚刹车大有学问,踩早了不行、踩晚了不行、踩深了不行、踩浅了还不行,只有时机和时长都分秒不差,才能形成理想的捕获轨道。

为了精确把控发动机的开关时机,环绕器在近火捕获前需要由地面对其进行精确的无线电测定轨,再结合从环绕器上光学自主导航仪器中获得的导航信息,得到环绕器的精确位置。制动过程中,依靠可靠的系统硬件配置和捕获策略设计,确保探测器处于“捕获走廊”直至进入环火捕获轨道。

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