效果圖。中國航天科技集團(tuán)八院 供圖
中新網(wǎng)上海2月10日電 (鄭瑩瑩 郭超凱)北京時間2月10日晚，中國首次自主火星探測器天問一號成功實施“制動捕獲”，隨后進(jìn)入環(huán)繞火星軌道。
作為中國此次火星探測任務(wù)中技術(shù)風(fēng)險最高、技術(shù)難度最大的環(huán)節(jié)之一，“制動捕獲”這一動作被形象稱為“踩剎車”。中國航天科技集團(tuán)八院的專家解析了這一關(guān)鍵動作背后的難度。
仿若汽車減速進(jìn)匝道
開車的人都知道，在高速公路下匝道需要讓車速降下來，才能安全經(jīng)過彎道。類似的，對于以高速度向著火星靠近的探測器來說，要想被火星引力所捕獲，也必須在“捕獲窗口”對應(yīng)的軌道弧段，精準(zhǔn)、自主可靠地完成“剎車”。
“制動捕獲”，簡單來說，就是通過發(fā)動機(jī)進(jìn)行推力減速，降低探測器的速度，使其能夠被目標(biāo)星體的引力所捕獲。
理論上，給探測器一個反向推力，即可把它的速度降下來。但在工程實施過程中，仍會遇到不少問題。
距離地球1.92億公里的全自動“剎車”
火星引力的“捕獲窗口”有限，要求探測器在15分鐘內(nèi)將速度從28km/s(公里每秒)降低至約1km/s。與常規(guī)衛(wèi)星可以由地面實時操控不同，“制動捕獲”過程中，天問一號探測器距離地球約1.92億公里，地球與探測器之間的數(shù)據(jù)通信單向時間延遲超過10.7分鐘，探測器必須完全依靠自身來完成發(fā)動機(jī)點火和關(guān)機(jī)，克服發(fā)動機(jī)點火期間的擾動，并實現(xiàn)點火方向和點火時長的精確控制。
環(huán)繞器副總設(shè)計師朱慶華說，“在失去地面實時測控的環(huán)境下，我們只有通過方案設(shè)計，充分考慮發(fā)動機(jī)推力存在偏差、探測器質(zhì)心不斷變化等情況，全自動地執(zhí)行精確軌道控制，再通過多因素組合的測試和仿真分析，讓控制方案更加可靠?！?/p>
必須“一次成功”
“天問一號”在太空的這一腳“剎車”不僅需要“一次成功”，而且風(fēng)險非常高；踩早了，速度降得過低，就會墜入大氣層撞擊火星；踩晚了，就不能被火星引力捕獲，因而飛離火星。
具體而言，在這個過程中，環(huán)繞器啟動其配備的軌道控制發(fā)動機(jī)進(jìn)行推力減速，其速度降低至被火星引力捕獲，成為一顆環(huán)繞火星的衛(wèi)星，否則探測器將飛越火星繼續(xù)圍繞太陽公轉(zhuǎn)。
為何必須“一次到位”？打個比方，地火轉(zhuǎn)移軌道就像是一條以太陽為中心的橢圓形閉環(huán)高速，火星只是這條高速上的一個出口，一旦探測器不能及時剎車，從火星出口下高速，那就只能多繞一圈(需要數(shù)年時間)到下次路過該出口了。
因此，在這關(guān)鍵的剎車段，研制團(tuán)隊設(shè)計了相關(guān)剎車方案，可以準(zhǔn)確判斷環(huán)繞器是否降至目標(biāo)速度、實時判斷發(fā)動機(jī)推力的大小和方向、自主更新剎車參數(shù)及相應(yīng)的控制算法等，確?？煽俊⒕珳?zhǔn)完成這一腳高難度“剎車”。(完)
