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　　新華社北京2月10日電 題：什么是火星捕獲?“天問(wèn)一號(hào)”經(jīng)歷了怎樣的奔火之旅?

　　新華社記者胡喆

　　2月10日晚間，農(nóng)歷臘月廿九，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器成功實(shí)施近火制動(dòng)，開(kāi)啟環(huán)繞火星之旅。此舉也被視為此次火星探測(cè)任務(wù)的關(guān)鍵一步，意味著“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器已經(jīng)成功被火星引力捕獲。那么，什么是火星捕獲?“天問(wèn)一號(hào)”經(jīng)歷了怎樣的奔火之旅?來(lái)看記者為您梳理的“天問(wèn)一號(hào)”探火指南。

　　出個(gè)遠(yuǎn)門(mén)：“天問(wèn)一號(hào)”已經(jīng)離家200多天

　　飛行里程4.75億千米、飛行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)202天……“天問(wèn)一號(hào)”過(guò)五關(guān)斬六將，經(jīng)過(guò)地火轉(zhuǎn)移的漫漫旅途后，終于來(lái)到火星附近。

　　從地球到火星的轉(zhuǎn)移，是漫長(zhǎng)的旅行。火箭發(fā)射是整個(gè)飛行過(guò)程的開(kāi)始，在發(fā)射37分鐘后，探測(cè)器與火箭于距離地面670千米的太空中進(jìn)行分離，探測(cè)器至此進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道，在地火轉(zhuǎn)移軌道上經(jīng)歷了200多天的飛行，在地面測(cè)控系統(tǒng)的支持下，經(jīng)過(guò)4次中途修正和1次深空機(jī)動(dòng)修正飛行路徑，環(huán)繞器逐漸飛近火星，進(jìn)入火星捕獲段。

　　火星捕獲是火星探測(cè)任務(wù)中技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)最高的環(huán)節(jié)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(cè)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)”。剎車(chē)踩早了，探測(cè)器速度降得過(guò)低，探測(cè)器會(huì)墜入大氣層撞擊火星;剎車(chē)踩晚了，探測(cè)器就不能被火星引力捕獲，從而飛離火星。

　　來(lái)自中國(guó)航天科技集團(tuán)八院的專(zhuān)家告訴記者，為了精確把控發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)時(shí)機(jī)，環(huán)繞器在近火捕獲前需要由地面對(duì)其進(jìn)行精確的無(wú)線電測(cè)定軌，再結(jié)合從環(huán)繞器上光學(xué)自主導(dǎo)航儀器中獲得的導(dǎo)航信息，得到環(huán)繞器和火星的精確位置。制動(dòng)過(guò)程中，依靠可靠的捕獲策略，確保探測(cè)器處于“捕獲走廊”直至進(jìn)入環(huán)火軌道。

　　此外，制動(dòng)過(guò)程還需要火星環(huán)繞器具備自主應(yīng)對(duì)器上突發(fā)故障能力，確?；鹦遣东@過(guò)程開(kāi)展順利可靠。

　　火星捕獲：機(jī)會(huì)只有一次、時(shí)間僅30分鐘

　　捕獲段是火星探測(cè)器進(jìn)入火星的引力范圍到最終被火星捕獲的階段，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，關(guān)系任務(wù)的成敗。地外天體捕獲制動(dòng)是實(shí)現(xiàn)月球、火星等深空天體探測(cè)任務(wù)的關(guān)鍵，而捕獲制動(dòng)控制技術(shù)又是決定捕獲制動(dòng)是否成功的關(guān)鍵。

　　專(zhuān)家介紹，當(dāng)航天器進(jìn)入目標(biāo)天體影響球內(nèi)，相對(duì)目標(biāo)天體的軌道通常為雙曲線軌道，因此必須進(jìn)行減速機(jī)動(dòng)，否則將沿著雙曲線軌道飛離目標(biāo)天體，這一減速機(jī)動(dòng)過(guò)程稱(chēng)為捕獲制動(dòng)。

　　此次火星探測(cè)任務(wù)捕獲期間，探測(cè)器距離火星僅400千米，相對(duì)火星的速度卻高達(dá)4至5千米每秒。捕獲過(guò)程中，火星環(huán)繞器需準(zhǔn)確進(jìn)行點(diǎn)火制動(dòng)，如果制動(dòng)點(diǎn)火時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，探測(cè)器速度下降過(guò)多，探測(cè)器就會(huì)一頭撞上火星;如果制動(dòng)點(diǎn)火時(shí)間過(guò)短，探測(cè)器速度過(guò)快，就會(huì)沿拋物線軌跡飛離火星。

　　“打個(gè)比方，地火轉(zhuǎn)移軌道就像是一條以太陽(yáng)為中心的橢圓形閉環(huán)高速，火星只是這條高速上的一個(gè)出口，一旦探測(cè)器不能及時(shí)剎車(chē)從火星出口下高速，那就只能多繞一圈、花費(fèi)數(shù)年到下次路過(guò)該出口了。”中國(guó)航天科技集團(tuán)八院“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器副總指揮張玉花說(shuō)。

　　由于火星探測(cè)器從地球飛向火星的過(guò)程中能夠被火星引力所捕獲的機(jī)會(huì)只有一次，且時(shí)間僅30分鐘左右，不能中斷;捕獲時(shí)探測(cè)器距離地球1.92億千米，無(wú)線電通信雙向延時(shí)達(dá)20多分鐘，地面無(wú)法對(duì)這一制動(dòng)過(guò)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。

　　剎車(chē)制動(dòng)：穩(wěn)、準(zhǔn)、狠

　　“在太陽(yáng)系里，八大行星以太陽(yáng)為核心公轉(zhuǎn)，形成了八個(gè)環(huán)形軌道，其中地球位于‘三環(huán)’，火星則在‘四環(huán)’。”中國(guó)航天科技集團(tuán)六院11所副總設(shè)計(jì)師蘭曉輝介紹：“3000牛軌控發(fā)動(dòng)機(jī)承擔(dān)著三項(xiàng)任務(wù)，一是‘三環(huán)’轉(zhuǎn)移到‘四環(huán)’過(guò)程中的姿態(tài)修正，二是‘四環(huán)’上的‘剎車(chē)制動(dòng)’，三是火星附近的軌道調(diào)整。就像一位盡職盡責(zé)的快遞小哥。”

　　近似于真空的太空環(huán)境暗流涌動(dòng)，隱藏著多種看不見(jiàn)的干擾因素，如星球引力攝動(dòng)、太陽(yáng)風(fēng)、空間輻射等。為了防止“天問(wèn)一號(hào)”不打招呼地“跑偏”，設(shè)計(jì)人員綜合考慮了各種因素，進(jìn)行了大量計(jì)算，設(shè)計(jì)出了一條精密的軌道，在發(fā)射前上傳至發(fā)動(dòng)機(jī)，給它了一份“離線地圖”。

　　火星的質(zhì)量只有地球的十分之一，引力遠(yuǎn)小于地球，探測(cè)器在近火軌道必須及時(shí)“剎車(chē)”，否則會(huì)掠過(guò)火星，這就要考驗(yàn)“快遞小哥”剎車(chē)是否踩得穩(wěn)、準(zhǔn)、狠。在此次近火制動(dòng)任務(wù)中，3000牛軌控發(fā)動(dòng)機(jī)快速點(diǎn)火啟動(dòng)，并在額定點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定工作。

　　“從2010年立項(xiàng)到2016年定型，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)歷了多項(xiàng)考核，充分驗(yàn)證了各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于3000牛發(fā)動(dòng)機(jī)，我們充滿信心。”蘭曉輝說(shuō)。

　　火星是太陽(yáng)系中距離地球較近、自然環(huán)境與地球最為類(lèi)似的行星，一直是人類(lèi)走出地月系統(tǒng)開(kāi)展深空探測(cè)的首選目標(biāo)。國(guó)家航天局有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，接下來(lái)“天問(wèn)一號(hào)”將按計(jì)劃進(jìn)行火星環(huán)繞、著陸和巡視，對(duì)火星開(kāi)展全球性、綜合性的環(huán)繞探測(cè)，在火星表面開(kāi)展區(qū)域巡視探測(cè)。