“天問一號”飛抵火星，奔火之旅四大看點揭曉！

人民政協網

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在此刻，跟著小編，一起來了解下這次火星之旅的四大看點。

01不是說走就能走的旅行

去火星旅行，可不是說走就能走的。來場說走就走的火星之旅動輒需要高達70km/s的逃逸速度，而目前人類的運載火箭所能提供的最大逃逸速度僅為15km/s左右。為了盡量節省能量，我們通常選擇霍曼轉移的方式來實現地火轉移，這需要等待地球與火星公轉到特定的相對位置時發射火星探測器。

地球的公轉周期約365.26天，火星的公轉周期約687.99天，因此地火的交會周期為約778天（即約26個月），也就是說地球與火星每隔26個月才會再次出現一次可通過霍曼轉移實現軌道交會的機會，我們稱之為“發射窗口”（每次窗口約持續20天）。

根據2020年的發射窗口，中國航天科技集團八院研制團隊完成了地火至火星的轉移軌跡設計，為咱們的探測器量身定做一條通往火星的星際高速公路。

02離不開的轉移軌跡設計

說到地-火轉移軌跡設計，就不能不說到“Pork-Chop”了,即“豬排”。當然，這肯定不是因為軌道設計師們的飲食口味，而是設計師們在進行行星際探測軌道設計時，會針對不同發射日期與到達日期，繪制所需要發射能量的等高線圖，這張等高線圖酷似兩塊豬排，“Pork-Chop”由此在業內叫開。

為了盡可能讓火星探測器多帶點儀器設備，對火星一次看個夠，軌道設計師們需要找到一條最省能量的地火轉移軌跡。

在“豬排”圖上選定的日期作為初值，可以采用微分修正等數學方法，在一定精度的火星探測軌道動力學模型中經過迭代計算，便可以得到用於飛行任務使用的地-火轉移軌道設計結果了。飽餐美味的炸豬排後，設計師就准備帶著咱們的火星探測器沿著這條地火高速公路出發嘍。

03必須一次成功的“太空刹車”

升空後，我國的火星探測器將以近10萬千米/小時（約30Km/s）的速度沿著地-火高速公路向前飛行。即便以如此高的速度，探測器也需要經過約7個月的長途奔波才能到達火星，這時探測器需要完成關鍵的捕獲制動控制。

火星環繞器將啟動其配備的發動機進行推力減速，將速度降低至能夠被火星引力捕獲，成為一顆環繞火星的衛星，否則探測器將飛越火星繼續圍繞太陽公轉。

打個比方，地火轉移軌道就像是一條以太陽為中心的橢圓形閉環高速，火星只是這條高速上的一個出口，一旦探測器不能及時刹車、從火星出口下高速，那就只能多繞一圈（需要數年時間）到下次路過該出口了。

在這關鍵的刹車段，研制團隊設計了相當靠譜的刹車方案，不僅可以准確判斷是否降至目標速度，在發動機推力減速控制的過程中，還可以全自主地對發動機推力的大小和方向進行實時判斷，並自主更新刹車參數及相應的控制算法，確保可靠、精准完成刹車。

04精准與可靠兼顧的高難度“跳水”

終於來到夢寐以求的火星身邊。在無形的火星引力之手牽引下，經過幾個月的詳細觀察與調整後，環繞器將實施火星之旅的另一項關鍵動作——器器分離。

在約3個小時內，環繞器需要變軌到危險的撞擊火星軌道，建立並保持著陸器進入火星大氣所需要的姿態。在預定分離時刻，環繞器與著陸器必須完成分離，經過安全距離飄飛過程後，環繞器需要迅速完成推力加速，以回到安全的環繞火星軌道。

環繞器猶如一名優秀的跳水運動員，正在完成一次空中高難度的翻騰和時間精准的入水。“入水”太早難以保證著陸器進入精度，“入水”太晚則會造成環繞器撞擊火星的風險。入水前的空中翻騰，每一時刻環繞器的姿態旋轉都伴隨其自身速度的變化，入水時的角度和時刻更是要做到絲毫不差，而這組超級動作還需要在沒有地面實時測控支持的情況下由環繞器全自主完成。

“精准”與“可靠”如何選擇？哈哈，老道的設計師們是不會做單選題的，而是“我都要”。

設計師們仔細考量分離過程的潛在風險，設計了從姿態測量、速度計算、推力輸出等各因素出現故障情況下的自主處置預案，使得環繞器在部分推力器或敏感器失效等情況下，既能保證環繞器與著陸器實現准確分離，又能保證分離後環繞器安全返回環火軌道。這場精妙絕倫的高難度“跳水”，您一定不能錯過。

05下一站：外太陽系

我們是誰？我們從哪裏來？我們到哪裏去？這些問題指引著我們向暗無邊際卻又沉默不語的宇宙追討著答案。終於，我們邁出了走向火星的第一步。這只是我們探求宇宙奧秘的新起點。我們後續將向更深更遠，隱藏著更多秘密的外太陽系進發,人類的認知也將隨著這些深空探測器一道走入宇宙深處。

記者：王碩 通訊員：劉宇

編輯：莫愁

審核：周佳佳 校對:李碩