8月28日,我國首次火星探測任務(wù)天問(wèn)一號探測器累計飛行1億公里。從7月23日成功發(fā)射算起,天問(wèn)一號已在軌飛行約36天。
相比環(huán)繞地球飛行、降落月球表面,飛向火星并非易事。這將是一次漫長(cháng)的太陽(yáng)系之旅,按照專(zhuān)家的估算,到達火星時(shí),天問(wèn)一號距離地球約1.95億公里,實(shí)際飛行路程約4.7億公里,整個(gè)過(guò)程中還要歷經(jīng)軌道修正、制動(dòng)捕獲等難關(guān)。
現在的天問(wèn)一號,已經(jīng)成為一顆人造行星,在地火轉移軌道上,與地球、火星共同繞太陽(yáng)公轉,并逐漸遠離地球,飛向火星。之前的1億公里,天問(wèn)一號都經(jīng)歷了什么,而未來(lái)的3億多公里,它還要邁哪幾道坎?
最后來(lái)一張地月合影
中國航天人追尋火星的腳步,在火箭飛行的過(guò)程中就已經(jīng)開(kāi)始了。7月23日12時(shí)41分,天問(wèn)一號帶著(zhù)十幾種不同功能的科學(xué)載荷,在萬(wàn)眾期待中,踏上了奔向火星的漫漫征途。
“定向天線(xiàn)展開(kāi)!”這是一個(gè)非常關(guān)鍵的控制,在4億公里的距離上,地面和探測器間傳送的無(wú)線(xiàn)電信號,將變得非常微弱,而展開(kāi)這個(gè)近6平方米的“大鍋”非常重要,它能大幅提升傳輸信號強度。到了火星軌道,與地面遠距離通信就全靠它了。天線(xiàn)展開(kāi)后,意味著(zhù)中國探火之旅從此有了“生命線(xiàn)”。
出門(mén)遠行的第四天,天問(wèn)一號飛行過(guò)程一切正常,但身邊沒(méi)有了熟悉的地球大氣,它只身旅行在黑色的宇宙海洋,而地球和月球變得越來(lái)越小。
天問(wèn)一號拿出隨身攜帶的光學(xué)導航相機,為地球和月亮拍了一張合照。在這幅黑白合影圖像中,地球與月球一大一小,均呈新月?tīng)?,在茫茫宇宙中相互陪伴,仿佛正向人們微笑示意?/p>
中國航天科技集團八院研制專(zhuān)家告訴記者,探測器在太空中,就像輪船航行在茫茫大海上,不同的是飛離地球后沒(méi)有衛星導航系統指引。與傳統的無(wú)線(xiàn)電導航不同,光學(xué)自主導航可以通過(guò)圖像目標識別和特征提取,完成位置、速度等導航信息的獲取。
“光學(xué)導航敏感器就好比探測器的‘眼睛’。”八院控制所光學(xué)導航專(zhuān)家打了個(gè)比方,“有了這雙明亮的‘眼睛’,探測器也就有了自主能力,可以自己看著(zhù)飛向目的地”。
在天問(wèn)一號飛近火星的過(guò)程中,中國航天人將裝有長(cháng)焦鏡頭的導航敏感器當作一只“千里眼”,最遠可以在1000萬(wàn)公里的距離識別火星,還能自主適應火星從點(diǎn)目標到面目標、從弱目標到強目標的火星圖像提取,即使沒(méi)有外部導航信息,也能夠在深空飛行中自主找到前進(jìn)的道路。
成為一顆人造行星
按照國際電信聯(lián)盟的定義,深空邊界為距離地球200萬(wàn)公里遠的空間,7月29日,也就是天問(wèn)一號入軌后6天,它成功突破這一邊界,正式成為太陽(yáng)系中一顆遨游深空的人造行星。
截至8月25日23時(shí),天問(wèn)一號遠離地球的距離突破1000萬(wàn)公里,累計行程達9329萬(wàn)公里。北京航天飛行控制中心首次火星探測任務(wù)型號總師崔曉峰表示,是邊界就意味著(zhù)一定程度上的挑戰極限,深空邊界也一樣,代表著(zhù)超遠距離、超大時(shí)延的環(huán)境變化,這無(wú)疑是地面飛控人必須攻克的難關(guān)。
雖說(shuō)條條大路通羅馬,但漫漫太空旅行要順利完成,一定要有科學(xué)嚴謹的態(tài)度。目前,天問(wèn)一號處于無(wú)動(dòng)力飛行狀態(tài),在飛行過(guò)程中,受到入軌偏差、控制精度偏差等因素影響,微小的偏差會(huì )逐漸積累放大,因此,及時(shí)修正調節十分必要。
8月2日,天問(wèn)一號探測器3000牛頓發(fā)動(dòng)機工作20秒鐘,完成第一次軌道中途修正。
我國首次火星探測任務(wù)探測器系統環(huán)繞器技術(shù)副總負責人朱慶華說(shuō),很多汽車(chē)都具有車(chē)道保持功能,如果車(chē)偏離了自己的車(chē)道,就會(huì )自動(dòng)修正方向,讓車(chē)回到原本的車(chē)道上來(lái)?;鹦翘綔y器的軌道修正與之類(lèi)似,但不同的是,火星探測器要修正的不僅僅是飛行方向,還有飛行速度等多個(gè)變量。
他告訴記者,天問(wèn)一號發(fā)動(dòng)機開(kāi)機時(shí)間確定為20秒鐘,軌道專(zhuān)家最終拿出了既能滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機標定又實(shí)現地火轉移能量最優(yōu)的控制策略。
據崔曉峰介紹,未知的太空意味著(zhù)風(fēng)險和挑戰,牽好地面和航天器的“通信線(xiàn)”至關(guān)重要。在照顧好天問(wèn)一號的同時(shí),飛控人還必須合理利用深空測控資源,實(shí)施了嫦娥四號著(zhù)陸器、巡視器和中繼星的休眠喚醒,兼顧好在月球上的“老壽星”嫦娥三號著(zhù)陸器,讓中國的“玉兔”能夠在月球背面繼續巡視探測。
未來(lái)的過(guò)五關(guān)斬六將
據中國首次火星探測任務(wù)探測器系統副總指揮兼環(huán)繞器總指揮張玉花介紹,在未來(lái)幾個(gè)月的飛行過(guò)程中,天問(wèn)一號還將經(jīng)過(guò)3-4次中途修正和1次深空機動(dòng)修正,環(huán)繞器逐漸飛近火星,進(jìn)入火星捕獲段。
這其中,火星捕獲是火星探測任務(wù)中技術(shù)風(fēng)險最高的環(huán)節之一,由于火星捕獲窗口的唯一性,捕獲的成敗決定了火星探測任務(wù)的成敗。這一點(diǎn)火制動(dòng)過(guò)程,通常被稱(chēng)為“踩剎車(chē)”。
張玉花說(shuō),“剎車(chē)”踩早了,探測器速度降得過(guò)低,探測器會(huì )墜入大氣層撞擊火星;踩晚了,探測器就不能被火星引力捕獲,從而飛離火星。
成功捕獲進(jìn)入環(huán)火軌道后,火星探測器會(huì )進(jìn)行一系列軌道調整,進(jìn)入停泊軌道,將近火點(diǎn)調整到著(zhù)陸點(diǎn)上空附近,并在每次經(jīng)過(guò)近火點(diǎn)時(shí),對巡視器著(zhù)陸區域進(jìn)行詳查,為著(zhù)陸巡視器的下一步著(zhù)陸做好準備。
張玉花說(shuō),探測器進(jìn)入火星捕獲軌道后,經(jīng)過(guò)3-4次軌道調整,將進(jìn)入周期約兩個(gè)火星日的停泊軌道?;鹦翘綔y器會(huì )在停泊軌道運行約75天,開(kāi)展12次預著(zhù)陸區成像探測,并將成像數據回傳至地面,完成著(zhù)陸巡視器預選落區的預探測。
她告訴記者,在完成3個(gè)月的火星中繼任務(wù)后,天問(wèn)一號火星環(huán)繞器將在近火點(diǎn)進(jìn)行制動(dòng)降軌,進(jìn)入科學(xué)探測軌道,并在該軌道上繼續運行1個(gè)火星年,執行火星全球遙感探測任務(wù)。
不過(guò)這一切都要等到幾個(gè)月之后才能實(shí)現。
北京飛控中心一位年輕的科技工作者說(shuō),第一個(gè)月,對天問(wèn)一號和地面的航天人來(lái)說(shuō),都是新鮮且緊張的,天問(wèn)一號猶如新生兒,每一天都處于新的位置,面對著(zhù)新的環(huán)境。而航天人們則如新晉父母,要守護它,去應對每一個(gè)可能的挑戰。盡管很難,但這一切都將充滿(mǎn)意義——濃縮在十幾個(gè)月里,見(jiàn)證中國的問(wèn)天之路。
中青報·中青網(wǎng)記者 邱晨輝
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