視頻：天問一號探測器成功實施火星捕獲 來源：中國新聞網(wǎng)

　　中新網(wǎng)上海2月10日電 (郭超凱 鄭瑩瑩)伴隨著天問一號火星探測器成功“剎車”，進入環(huán)繞火星軌道，中國首次自主火星探測任務(wù)“繞、落、巡”三大目標中的環(huán)繞目標順利達成。從整體來看，此次“火星之旅”有幾大看點：

效果圖 中國航天科技集團八院 供圖

　　“說走就走”的旅行？不，沒那么簡單

　　這次“天問一號”成功剎車進入環(huán)繞火星軌道，意義重大，因為“火星旅行”可不是說走就能走的。要出發(fā)，需要高達70km/s(公里每秒)的逃逸速度，而目前運載火箭所能提供的最大逃逸速度僅為15km/s左右。

　　為了盡量節(jié)省能量，我們要等待地球與火星公轉(zhuǎn)到特定的相對位置時發(fā)射火星探測器。根據(jù)公轉(zhuǎn)周期計算，地球與火星的交會周期為約778天(即約26個月)，也就是說地球與火星每隔26個月才會出現(xiàn)一次“發(fā)射窗口”(每次窗口約持續(xù)20天)，一旦錯過一次“發(fā)射窗口”，就只能等下一次了。因此，2020年計劃中的火星探測任務(wù)中，除了中國的天問一號火星探測器，還有美國的“毅力”號火星車，以及當?shù)貢r間2月9日剛宣布成功進入火星軌道的阿聯(lián)酋“希望”號火星探測器。

　　離不開“豬排”的“星際高速公路”

　　根據(jù)2020年的發(fā)射窗口，中國航天科技集團研制團隊完成了地球至火星的轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計，為探測器量身定制了一條通往火星的“星際高速公路”。

　　說到“地-火轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計”，不能不說到“Pork-Chop”(豬排)。設(shè)計師們在進行行星際探測軌道設(shè)計時，會針對不同發(fā)射日期與到達日期，繪制所需要發(fā)射能量的等高線圖，這張等高線圖酷似兩塊豬排，“Pork-Chop”之名由此在業(yè)內(nèi)叫開。

　　為了盡可能讓火星探測器多帶點儀器設(shè)備，對火星一次看個夠，軌道設(shè)計師們需要找到一條最省能量的地火轉(zhuǎn)移軌道。為此，設(shè)計師們首先要將復雜的地火轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計簡化為一個“地球+火星”的二體引力模型，通過求解該模型，得到窗口中每一對發(fā)射與到達日期所需要的能量，從而繪制出發(fā)射能量等高線“豬排”。然后，以“豬排”圖上選定的日期作為初值，采用微分修正等數(shù)學方法，在一定精度的火星探測軌道動力學模型中經(jīng)過迭代計算，得到用于飛行任務(wù)使用的“地-火轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計”結(jié)果。

　　一氣呵成的高難度“跳水”

　　在成功“剎車”進入環(huán)繞火星軌道后，環(huán)繞器數(shù)月后還將實施“火星之旅”的另一項關(guān)鍵動作——器器分離。

　　在約3個小時的時間內(nèi)，環(huán)繞器需要變軌到危險的撞擊火星軌道，建立并保持著陸器進入火星大氣所需要的姿態(tài)(姿態(tài)誤差小于0.01度)。在預(yù)定分離時刻，環(huán)繞器與著陸器必須完成分離，經(jīng)過安全距離飄飛過程后，環(huán)繞器需要迅速完成推力加速，以回到安全的環(huán)繞火星軌道。

　　形象地說，環(huán)繞器猶如一名優(yōu)秀的跳水運動員，要完成一次空中高難度的翻騰和時間精準的入水。并且，環(huán)繞器這一系列姿態(tài)機動“翻騰”和器器分離“入水”動作必須一氣呵成。“入水”太早，難以保證著陸器進入精度，“入水”太晚，則會造成環(huán)繞器撞擊火星的風險，這組“超難度動作”還需要在沒有地面實時測控支持的情況下自主完成。據(jù)悉，研制團隊仔細考量分離過程的潛在風險，已設(shè)計了姿態(tài)測量、速度計算、推力輸出等各因素出現(xiàn)故障情況下的自主處置預(yù)案。(完)