你知道吗?在太阳系的八大行星中,火星与地球最为相似,探测研究火星对于认识人类的家园地球有着不可替代的作用,纵观来看,人类对于这个陌生“邻居”火星的思考从未停止,1877年,意大利天文学家称在火星上发现了人为开掘的“运河”,而后被证实为“视错觉”,然而却激起了人类对火星的好奇。
从上世纪九十年代开始至今,国际火星探测以发展新技术和获得科学发现为主要驱动力,催生了又一个火星探测的新高潮,并在技术发展和科学研究等方面取得了巨大的进步,这是一张由中国火星探测器天问一号在奔火途中回眸拍摄的地月合影。
在北京航天飞行控制中心的飞控团队与中国航天科技集团试验队的控制下,天问一号探测器在飞离地球约120万公里处回望地球之际,他们利用光学导航敏感器对地球、月球成像,从而获取了地月合影,所谓的光学导航敏感器,犹如探测器的眼睛,事实上,有了这双明亮的眼睛,探测器也就拥有了自主能力,顺带一提,该探测器在飞近火星的过程中,八院研制团队将装有长焦镜头的导航敏感器当作一只“千里眼”,它最远可在1000万公里的距离识别火星。
谁也不曾想到,2016年初,探火任务被正式批复立项,2016年7月,火星探测器的研制转入初样阶段,2016年底,完成了探测器全部关键技术攻关和设计,此后,研制团队一路马不停蹄,在短短4年多的时间里完成了从产品研制验证到待命出厂,再至按计划发射的全部流程,自立项以来,中国空间技术研究院火星研制团队经过1600多个日夜的艰辛鏖战,面对任务起点高、设计约束新、关键技术多、验证任务重、研制周期紧等多重难关。
2020年7月底,天问一号就已在距离地球数百万公里之遥的奔火轨道上极速前进,当前,该探测器的各项功能及运行情况良好,探火之路,旅途漫漫,天问探火“奔火”之路怎么走?中间还得闯几关?在奔向火星的路途上,接下来,天问一号将经过地火转移段、火星捕获段、离轨着陆段、中继通信段以及科学探测段,还需飞行超过4亿公里,过五关斩六将,预计明年2月份最终抵达火星,开展科学探测任务,如果计划顺利实施,我国将一次性实现火星环绕、着陆和巡视探测“三步走”,完成前无古人的创举,那么,天问一号究竟会面临哪些难点和风险?
不得不说的是,首次地外有大气天体进入面临了诸多技术挑战,例如在轨道、气动、防热、大帆面降落伞等近十个方面,在设计上都要实现新的技术突破和跨越,面对遥远而未知的星球,天问一号奔赴火星的旅程中,不可避免地要经受新环境的考验,据现有掌握的资料来看,火星上的稀薄大气、风场、尘暴、火面地形地貌等基础数据非常少,再加上不确定性大,如此看来,崭新的行星际空间环境使得原本风险极高的探测任务难上加难。
事实上,在此次火星探测任务中,关键性、唯一性且不可逆的环节十分多,可以说火星捕获是火星探测任务中技术风险最高、也是最为关键的环节之一,这是因为在火星探测器从地球飞向火星的过程中,它能够被火星引力捕获形成环绕轨道的机会只有一次,而着陆巡视器在进入、下降与着陆的阶段中,要在数分钟内将时速从近2万千米降低至零,也就是著名的恐怖7分钟,要知道这一过程中,电磁信号被完全屏蔽。
这意味着此时,需要依靠着陆器自身的本事,中国科学院空间应用工程与技术中心的研究员张伟表示,它需要融合多种减速手段才可实现,包括气动外形、降落伞和反推等,它们同样需要自主导航控制技术来保证,因此可以说,探测火星是人类太空飞行中最具挑战性的壮举之一,相关数据显示,自1960年到今年7月初,人类已实施火星探测活动达44次,成功和部分成功的任务仅为24次。
其中,着陆任务为17次,仅仅成功8次,在业界中,火星被人们称为探测器坟场,其探测难度可想而知,另外,火星成功进入和着陆、测控通信,火星车能源、热控、火面移动等一系列设计难题,也为探测器研制带来了方方面面的巨大挑战和不确定性,所幸的是,多重困难叠加并未吓退火星探测研制团队,设计师们争分夺秒地开展了大量试验验证和各项任务准备工作,为天问一号探火之旅铺平了道路,8月2日7时0分,在北京航天飞行控制中心和中国航天科技集团科研人员的控制下,天问一号火星探测器成功实施了地火转移轨道首次中途修正,截至第一次轨道修正前,天问一号探测器已在太空中飞行了约230个小时,距离地球约300万公里,各系统状态良好,人们之所以对天问一号进行中途修正。
是因为在地火转移轨道飞行的过程中,探测器会受到入轨偏差、控制精度偏差等因素影响,由于探测器长时间处于无动力飞行,从而导致微小的位置速度误差会逐渐累积放大,倘若不进行修正,探测器就会错过火星,引发差之毫厘,谬以千里的严重后果,北京航天飞行控制中心首次火星探测任务型号团队的主任设计师金文马曾表示,为了确保天问一号完成第一次中途修正轨道控制,该中心编制了200多条正常飞控指令计划,制定了20余项故障预案,其中还包含了需现场决策处置的紧急重大故障预案,力争做到未雨绸缪、有备无患,总的来说,我们起步虽晚,但是起点很高,谁也不曾想到我国从立项到出厂会如此快,或者说研制团队一直在奔跑,而这也是大家的光荣和自豪,
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