視頻：天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器成功實(shí)施火星捕獲 來(lái)源：中國(guó)新聞網(wǎng)

　　中新網(wǎng)上海2月10日電 (郭超凱 鄭瑩瑩)伴隨著天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器成功“剎車”，進(jìn)入環(huán)繞火星軌道，中國(guó)首次自主火星探測(cè)任務(wù)“繞、落、巡”三大目標(biāo)中的環(huán)繞目標(biāo)順利達(dá)成。從整體來(lái)看，此次“火星之旅”有幾大看點(diǎn)：

效果圖 中國(guó)航天科技集團(tuán)八院 供圖

　　“說(shuō)走就走”的旅行？不，沒(méi)那么簡(jiǎn)單

　　這次“天問(wèn)一號(hào)”成功剎車進(jìn)入環(huán)繞火星軌道，意義重大，因?yàn)椤盎鹦锹眯小笨刹皇钦f(shuō)走就能走的。要出發(fā)，需要高達(dá)70km/s(公里每秒)的逃逸速度，而目前運(yùn)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(jié)省能量，我們要等待地球與火星公轉(zhuǎn)到特定的相對(duì)位置時(shí)發(fā)射火星探測(cè)器。根據(jù)公轉(zhuǎn)周期計(jì)算，地球與火星的交會(huì)周期為約778天(即約26個(gè)月)，也就是說(shuō)地球與火星每隔26個(gè)月才會(huì)出現(xiàn)一次“發(fā)射窗口”(每次窗口約持續(xù)20天)，一旦錯(cuò)過(guò)一次“發(fā)射窗口”，就只能等下一次了。因此，2020年計(jì)劃中的火星探測(cè)任務(wù)中，除了中國(guó)的天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器，還有美國(guó)的“毅力”號(hào)火星車，以及當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月9日剛宣布成功進(jìn)入火星軌道的阿聯(lián)酋“希望”號(hào)火星探測(cè)器。

　　離不開(kāi)“豬排”的“星際高速公路”

　　根據(jù)2020年的發(fā)射窗口，中國(guó)航天科技集團(tuán)研制團(tuán)隊(duì)完成了地球至火星的轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)，為探測(cè)器量身定制了一條通往火星的“星際高速公路”。

　　說(shuō)到“地-火轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)”，不能不說(shuō)到“Pork-Chop”(豬排)。設(shè)計(jì)師們?cè)谶M(jìn)行行星際探測(cè)軌道設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)針對(duì)不同發(fā)射日期與到達(dá)日期，繪制所需要發(fā)射能量的等高線圖，這張等高線圖酷似兩塊豬排，“Pork-Chop”之名由此在業(yè)內(nèi)叫開(kāi)。

　　為了盡可能讓火星探測(cè)器多帶點(diǎn)儀器設(shè)備，對(duì)火星一次看個(gè)夠，軌道設(shè)計(jì)師們需要找到一條最省能量的地火轉(zhuǎn)移軌道。為此，設(shè)計(jì)師們首先要將復(fù)雜的地火轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為一個(gè)“地球+火星”的二體引力模型，通過(guò)求解該模型，得到窗口中每一對(duì)發(fā)射與到達(dá)日期所需要的能量，從而繪制出發(fā)射能量等高線“豬排”。然后，以“豬排”圖上選定的日期作為初值，采用微分修正等數(shù)學(xué)方法，在一定精度的火星探測(cè)軌道動(dòng)力學(xué)模型中經(jīng)過(guò)迭代計(jì)算，得到用于飛行任務(wù)使用的“地-火轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)”結(jié)果。

　　一氣呵成的高難度“跳水”

　　在成功“剎車”進(jìn)入環(huán)繞火星軌道后，環(huán)繞器數(shù)月后還將實(shí)施“火星之旅”的另一項(xiàng)關(guān)鍵動(dòng)作——器器分離。

　　在約3個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，環(huán)繞器需要變軌到危險(xiǎn)的撞擊火星軌道，建立并保持著陸器進(jìn)入火星大氣所需要的姿態(tài)(姿態(tài)誤差小于0.01度)。在預(yù)定分離時(shí)刻，環(huán)繞器與著陸器必須完成分離，經(jīng)過(guò)安全距離飄飛過(guò)程后，環(huán)繞器需要迅速完成推力加速，以回到安全的環(huán)繞火星軌道。

　　形象地說(shuō)，環(huán)繞器猶如一名優(yōu)秀的跳水運(yùn)動(dòng)員，要完成一次空中高難度的翻騰和時(shí)間精準(zhǔn)的入水。并且，環(huán)繞器這一系列姿態(tài)機(jī)動(dòng)“翻騰”和器器分離“入水”動(dòng)作必須一氣呵成。“入水”太早，難以保證著陸器進(jìn)入精度，“入水”太晚，則會(huì)造成環(huán)繞器撞擊火星的風(fēng)險(xiǎn)，這組“超難度動(dòng)作”還需要在沒(méi)有地面實(shí)時(shí)測(cè)控支持的情況下自主完成。據(jù)悉，研制團(tuán)隊(duì)仔細(xì)考量分離過(guò)程的潛在風(fēng)險(xiǎn)，已設(shè)計(jì)了姿態(tài)測(cè)量、速度計(jì)算、推力輸出等各因素出現(xiàn)故障情況下的自主處置預(yù)案。(完)