綜合新華社四川日?qǐng)?bào) 2020年07月24日
7月23日，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器成功發(fā)射升空
2300多年前
愛國(guó)詩人屈原仰望星空，以《天問》提出177個(gè)問題，闡發(fā)對(duì)宇宙萬物的理性哲思
2300多年后
我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)被命名為“天問一號(hào)”，厚植于中華民族傳統(tǒng)文化精髓，體現(xiàn)著跨越兩千多年的不懈求索
世界首次一步實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)“繞、著、巡”，最遠(yuǎn)距離達(dá)4億公里如何實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離深空通信？火星探測(cè)器發(fā)射后將經(jīng)歷怎樣的歷程到達(dá)火星？23日，“天問一號(hào)”探測(cè)器成功發(fā)射升空，記者梳理了一份此次火星探測(cè)的“觀賞指南”。
此去前路漫漫 還有諸多挑戰(zhàn)
世界首次 一步實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”
火星是離地球較近且環(huán)境最相似的星球，一直是人類走出地月系統(tǒng)開展深空探測(cè)的首選目標(biāo)。目前，人類已對(duì)火星實(shí)施了44次探測(cè)任務(wù)，其中成功了24次，火星是目前人類認(rèn)識(shí)最深入的行星之一。
通過以往對(duì)火星的探測(cè)，人們?cè)诨鹦巧习l(fā)現(xiàn)了存在水的證據(jù)。火星上是否存在孕育生命的條件以及火星是地球的過去還是未來？這些問題一直縈繞在科學(xué)家心頭，成為火星研究的重大科學(xué)問題。
我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)憑借火星環(huán)繞器和著陸巡視器的超強(qiáng)陣容，可一步實(shí)現(xiàn)火星“環(huán)繞、著陸、巡視”三個(gè)目標(biāo)，這是其他國(guó)家在首次實(shí)施火星探測(cè)任務(wù)時(shí)從未實(shí)現(xiàn)過的?；诂F(xiàn)有航天能力，“奔火”飛行7個(gè)月左右即可到達(dá)。
臨門一腳 制動(dòng)捕獲“踩剎車”
火星捕獲是火星探測(cè)任務(wù)中技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)最高、最為重要的環(huán)節(jié)之一，在火星探測(cè)器從地球飛向火星的過程中，能夠被火星引力所捕獲的機(jī)會(huì)只有一次。利用火箭助推，探測(cè)器獲得了擺脫地球引力的能量，使用精心設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)移軌道，探測(cè)器能夠最終順利抵達(dá)火星附近。
然而，受限于攜帶的推進(jìn)劑有限，環(huán)繞器在抵達(dá)火星后，必須把握住唯一的機(jī)會(huì)對(duì)火星進(jìn)行制動(dòng)捕獲。此次火星探測(cè)任務(wù)捕獲時(shí)探測(cè)器距離火星僅400公里，而此時(shí)探測(cè)器相對(duì)火星的速度高達(dá)4到5公里每秒，一不留神就會(huì)撞擊火星或飛離，捕獲的成功與否成為火星探測(cè)任務(wù)成敗的關(guān)鍵。
在這一制動(dòng)捕獲過程中，火星環(huán)繞器面臨諸多挑戰(zhàn)。由于捕獲時(shí)探測(cè)器距離地球1.93億公里，單向通信時(shí)延達(dá)到10.7分鐘，地面無法對(duì)這一制動(dòng)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，只能依靠探測(cè)器自主執(zhí)行捕獲策略。此外，在制動(dòng)過程中，環(huán)繞器需要在自身出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)自主完成相應(yīng)處理，最大限度保證火星捕獲成功。
4億公里 超遠(yuǎn)距離深空通信
環(huán)火飛行階段，由于地球和火星的運(yùn)行規(guī)律，探測(cè)器距離地球最遠(yuǎn)達(dá)到4億公里。為了解決超遠(yuǎn)距離通信問題，火星環(huán)繞器裝備了測(cè)控?cái)?shù)傳一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)重量輕、通信效率高、通信鏈路可靠的目標(biāo)。
為補(bǔ)償空間衰減，火星環(huán)繞器配置了大功率行波管放大器以及大口徑可驅(qū)動(dòng)的定向天線，大幅度提高探測(cè)器到地球通信能力。
自主管理 探測(cè)火星需要會(huì)思考的“大腦”
通常情況下，環(huán)繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星都是由地面控制中心根據(jù)衛(wèi)星的實(shí)時(shí)狀態(tài)和任務(wù)要求進(jìn)行控制的。但火星環(huán)繞器由于探測(cè)器到地球的距離遠(yuǎn)，通信延時(shí)大，無法完全依靠地面指令對(duì)星上出現(xiàn)的突發(fā)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
此外，環(huán)繞器與地面站通信有其空間的特殊性，導(dǎo)致通信中斷（“日凌”）的時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)30天，其間需依靠自身完成長(zhǎng)期任務(wù)管理，并在出“日凌”后及時(shí)調(diào)整天線指向，迅速重新與地面建立聯(lián)系。
據(jù)悉，在此次火星探測(cè)任務(wù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，自主管理同樣需要發(fā)揮巨大作用。在火星探測(cè)器進(jìn)行環(huán)繞器與著陸巡視器分離時(shí)，環(huán)繞器需在短時(shí)間內(nèi)完成3次調(diào)姿和2次變軌，對(duì)姿態(tài)及位置測(cè)量及控制精度要求非常高。
多樣載荷 給火星拍個(gè)“中式定妝照”
此次火星環(huán)繞器上共搭載7種有效載荷，可對(duì)地火轉(zhuǎn)移空間、火星軌道空間、火星表面及其次表層開展科學(xué)探測(cè)，獲取行星際射電頻譜數(shù)據(jù)、火星表面圖像、火星地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌、火星表層結(jié)構(gòu)和地下水冰分布、火星礦物組成與分布、火星空間磁場(chǎng)環(huán)境、近火星空間環(huán)境和地火轉(zhuǎn)移軌道能量粒子特征及其變化規(guī)律。
其中中分辨率相機(jī)可對(duì)火星全球開展地形地貌普查，高分辨率相機(jī)可對(duì)火星重點(diǎn)地區(qū)開展局部高分辨率地形地貌詳查，將為火星拍下來自中國(guó)的“定妝照”。
準(zhǔn)備12年 全方位支撐“繞、著、巡”
“天問一號(hào)”火星探測(cè)任務(wù)，國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”一氣呵成。
在川央企中電天奧參與完成了測(cè)控系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)和地面應(yīng)用系統(tǒng)四大部分任務(wù)?！拔覀儨?zhǔn)備了12年?！痹撈髽I(yè)負(fù)責(zé)人說，12年前獲得“中國(guó)深空第一站”——佳木斯66米深空測(cè)控站研制任務(wù)。此次，“天問一號(hào)”火星之旅“繞、著、巡”都離不開深空測(cè)控站的支撐。
“繞”，精準(zhǔn)飛向火星。此次任務(wù)中，由環(huán)繞器和著陸巡視器組成的探測(cè)器需在太空中飛行7個(gè)月左右，才能到達(dá)火星。到達(dá)火星后，“天問一號(hào)”進(jìn)行制動(dòng)，被火星引力捕獲進(jìn)入環(huán)繞軌道，成為環(huán)繞火星飛行的人造衛(wèi)星，對(duì)火星的地形以及著陸點(diǎn)進(jìn)行勘測(cè)。佳木斯66米深空測(cè)控站采用的捕獲技術(shù)好比“聽診器”，負(fù)責(zé)在外太空噪聲中捕獲探測(cè)器信號(hào)，為探測(cè)器對(duì)火星的地形地貌勘測(cè)等提供保障。
“著”，不再恐懼“黑暗7分鐘”。條件合適時(shí)，著陸巡視器將與環(huán)繞器分離軟著陸于火星表面，這個(gè)時(shí)間僅7分鐘，即航天人口中的“黑暗7分鐘”——由于距離遙遠(yuǎn)功率受限、數(shù)據(jù)速率極低，地球上的飛行控制中心很難精準(zhǔn)掌握著陸器降落情況。中電天奧的研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過數(shù)據(jù)慢幀處理策略的優(yōu)化，提高信息有效幀數(shù)量，能得到更多著陸巡視器降落時(shí)的寶貴信息。
“巡”，做好火星探測(cè)“記錄者”。當(dāng)著陸巡視器在火星表面開展巡視探測(cè)時(shí)，環(huán)繞器也將開展為期2年的中繼和遙感探測(cè)。在這一階段，佳木斯66米深空測(cè)控站還可以起到手機(jī)的作用，實(shí)現(xiàn)圖像等數(shù)據(jù)的接收，并解調(diào)巡視器拍攝的火星表面的圖像，為全面掌握“人類第二家園”的特征提供支持。
“天問一號(hào)”火星之旅
“四川造”在護(hù)航
□川報(bào)記者 朱雪黎
7月23日，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器在文昌航天發(fā)射場(chǎng)升空，正式開啟了中國(guó)人自主探測(cè)火星之旅。承載此次“天問一號(hào)”發(fā)射任務(wù)的，是長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭。
這趟意義非凡的“火星之旅”中，有多項(xiàng)“四川造”助力護(hù)航。
100%合格 長(zhǎng)五遙四上有“四川造”
作為火星探測(cè)任務(wù)多種關(guān)鍵產(chǎn)品的重要制造單位——位于成都的四川航天技術(shù)研究院，主要負(fù)責(zé)了長(zhǎng)五遙四火箭上配電器、附加控制器等重要單機(jī)及地面測(cè)發(fā)控整體系統(tǒng)的生產(chǎn)制造任務(wù)。任務(wù)啟動(dòng)至今，已完成35項(xiàng)129臺(tái)(套)產(chǎn)品的生產(chǎn)交付任務(wù)，產(chǎn)品交付合格率100%。
此次共交付液壓阻尼作動(dòng)筒、分離火箭等。其中，交付長(zhǎng)五遙四火箭用火工品占箭上全部火工品的95%以上。此外，成功應(yīng)用在火星探測(cè)器上的兩種電磁閥產(chǎn)品，組成了配套的發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)。
該研究院相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，針對(duì)長(zhǎng)五遙四火箭“長(zhǎng)壽命、高可靠”等技術(shù)特點(diǎn)，根據(jù)機(jī)械加工、電子裝聯(lián)等8大類不同專業(yè)的產(chǎn)品特點(diǎn)，研究院制定了近千份工藝指導(dǎo)和保障文件。“研發(fā)設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)方案和性能反復(fù)論證、試驗(yàn)、修改，不斷提升產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性和可靠性?！?/p>
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