探測(cè)器深空機(jī)動(dòng)軌道示意圖探測(cè)器調(diào)姿示意圖（國(guó)家航天局供圖 圖片：李貴良）
10月9日23時(shí)，在我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)飛行控制團(tuán)隊(duì)控制下，天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器主發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作480余秒，順利完成深空機(jī)動(dòng)。至此，探測(cè)器的飛行軌道變?yōu)槟軌驕?zhǔn)確被火星捕獲的與火星精確相交的軌道。
在距離地球大約2940萬(wàn)千米的深空實(shí)施軌道機(jī)動(dòng)，對(duì)于“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)任務(wù)來(lái)說(shuō)，此次變軌意義重大。未來(lái)，探測(cè)器將在當(dāng)前軌道飛行約4個(gè)月后與火星交會(huì)，期間將實(shí)施兩到三次軌道中途修正。
看點(diǎn)一：什么是深空機(jī)動(dòng)？與軌道修正區(qū)別在哪？
在航天術(shù)語(yǔ)中，為了減小飛行偏差，使探測(cè)器沿著預(yù)定的軌道飛行而進(jìn)行的軌道控制稱作“修正”。改變探測(cè)器當(dāng)前軌道，使其進(jìn)入一條新的軌道而進(jìn)行的軌道控制稱作“機(jī)動(dòng)”。
深空機(jī)動(dòng)是指在地火轉(zhuǎn)移段實(shí)施的一次變軌機(jī)動(dòng)。因其在距離地球大約2940萬(wàn)千米的深空實(shí)施，故被稱作深空機(jī)動(dòng)。中國(guó)航天科技集團(tuán)八院火星環(huán)繞器團(tuán)隊(duì)介紹，通過(guò)深空機(jī)動(dòng)，可以改變探測(cè)器原有的飛行速度和方向，使其能夠沿著變軌后的軌道順利飛行至火星。
此前，“天問(wèn)一號(hào)”已完成兩次軌道中途修正。專家表示，與速度增量較小、發(fā)動(dòng)機(jī)工作較短的常規(guī)中途修正不同，深空機(jī)動(dòng)過(guò)程中，探測(cè)器由發(fā)射入軌的逃逸轉(zhuǎn)移軌道變軌為精確到達(dá)火星的軌道，速度增量大，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間長(zhǎng)，因而對(duì)探測(cè)器控制和推進(jìn)系統(tǒng)提出了極高的要求。
探測(cè)器深空機(jī)動(dòng)軌道示意圖探測(cè)器調(diào)姿示意圖（國(guó)家航天局供圖 圖片：李貴良）
看點(diǎn)二：為什么要進(jìn)行“深空機(jī)動(dòng)”
記者了解到，天問(wèn)一號(hào)的軌道設(shè)計(jì)，是在綜合考慮從發(fā)射到火星捕獲的各種約束條件后，為使推進(jìn)劑消耗盡可能小，采取了轉(zhuǎn)移過(guò)程中進(jìn)行一次深空機(jī)動(dòng)的飛行策略。
具體來(lái)說(shuō)，執(zhí)行深空機(jī)動(dòng)是軌道聯(lián)合優(yōu)化的結(jié)果，能夠提升運(yùn)載的發(fā)射能力、增加探測(cè)器的發(fā)射質(zhì)量，使探測(cè)器可以攜帶更多的推進(jìn)劑，更好地完成探測(cè)任務(wù)。
綜合來(lái)看，深空機(jī)動(dòng)“好處多多”。據(jù)介紹，通過(guò)使用深空機(jī)動(dòng)進(jìn)行軌道設(shè)計(jì)和軌道控制，不但成功增加了探測(cè)器的推進(jìn)劑攜帶量，還能夠?qū)⒁粋€(gè)大的捕獲速度增量分解為兩次相對(duì)較小的速度增量，有利于減小發(fā)動(dòng)機(jī)單次工作時(shí)間，保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性。
同時(shí)，深空機(jī)動(dòng)的實(shí)施有利于3000N發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定，過(guò)程中可對(duì)3000N大發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行推力和比沖標(biāo)定，而精確的發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定參數(shù)可以更好地確?；鹦遣东@的精度。
此外，通過(guò)深空機(jī)動(dòng)，八院火星環(huán)繞器研制團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)探測(cè)器到達(dá)時(shí)間的優(yōu)化，能夠得到更加有利的捕獲點(diǎn)處的光照條件和通信條件，也使捕獲時(shí)探測(cè)器經(jīng)歷的火影時(shí)間（探測(cè)器進(jìn)入太陽(yáng)光被火星遮擋的陰影區(qū)）和通信盲區(qū)時(shí)間更短。
看點(diǎn)三：深空機(jī)動(dòng)如何實(shí)現(xiàn)？
據(jù)國(guó)家航天局探月與航天工程中心深空探測(cè)總體部部長(zhǎng)耿言介紹，天問(wèn)一號(hào)這次軌道調(diào)整是本次火星探測(cè)任務(wù)到目前為止難度最大的一次。
此次深空機(jī)動(dòng)需要根據(jù)預(yù)定到達(dá)火星時(shí)間、軌道參數(shù)與即時(shí)測(cè)控定軌參數(shù)制定深空機(jī)動(dòng)變軌策略，完成對(duì)應(yīng)的探測(cè)器姿態(tài)和軌道控制，確保探測(cè)器在深空機(jī)動(dòng)后處于與火星精確相交的軌道上。
為了精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)深空機(jī)動(dòng)，需要測(cè)控系統(tǒng)、探測(cè)器系統(tǒng)兩方面的密切配合。據(jù)了解，為了完成地面測(cè)控的精密定軌和器上精確自主的軌道控制，本次深空機(jī)動(dòng)中，地面對(duì)探測(cè)器的定軌任務(wù)由我國(guó)深空測(cè)控站和天文臺(tái)共同完成，準(zhǔn)確保證了探測(cè)器變軌的精密定軌需求。
同時(shí)，還需天問(wèn)一號(hào)自身“素質(zhì)過(guò)硬”。據(jù)了解，為了能夠精確自主控制軌道，火星環(huán)繞器裝備了高精度陀螺、加速度計(jì)以及具備故障識(shí)別與自主處理能力的器上計(jì)算機(jī)，充分保證了軌控的精度和可靠性。
探測(cè)器調(diào)姿示意圖（國(guó)家航天局供圖 圖片：李貴良）
看點(diǎn)四：3億公里外的精確“瞄準(zhǔn)”
本次深空機(jī)動(dòng)中，環(huán)繞器瞄準(zhǔn)的制動(dòng)捕獲時(shí)火星的位置距離環(huán)繞器約3億公里遠(yuǎn)，誤差控制約200公里，相當(dāng)于北京到上海約1200公里距離中瞄準(zhǔn)一個(gè)直徑約0.8米的目標(biāo)。其難度可想而知。
而從此次深空機(jī)動(dòng)控制的結(jié)果來(lái)看，實(shí)際精度要優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。這是火星探測(cè)任務(wù)團(tuán)隊(duì)緊密配合、不懈努力的結(jié)果。
后續(xù)，工作人員將根據(jù)探測(cè)器實(shí)際飛行狀態(tài)，迭代優(yōu)化中途修正策略，利用中途修正持續(xù)對(duì)到達(dá)火星的軌道再進(jìn)行精確修正，保證探測(cè)器能夠按計(jì)劃準(zhǔn)確進(jìn)入火星捕獲走廊，被火星引力捕獲進(jìn)入環(huán)火軌道，開(kāi)展著陸火星的準(zhǔn)備和后續(xù)科學(xué)探測(cè)等工作。
