7月23日，我國首次火星探測任務“天問一號”探測器成功發(fā)射升空

2300多年前

愛國詩人屈原仰望星空，以《天問》提出177個問題，闡發(fā)對宇宙萬物的理性哲思

2300多年后

我國首次火星探測任務被命名為“天問一號”，厚植于中華民族傳統(tǒng)文化精髓，體現(xiàn)著跨越兩千多年的不懈求索

世界首次一步實現(xiàn)火星探測“繞、著、巡”，最遠距離達4億公里如何實現(xiàn)超遠距離深空通信？火星探測器發(fā)射后將經(jīng)歷怎樣的歷程到達火星？23日，“天問一號”探測器成功發(fā)射升空，記者梳理了一份此次火星探測的“觀賞指南”。

此去前路漫漫 還有諸多挑戰(zhàn)

世界首次 一步實現(xiàn)“繞、著、巡”

　　火星是離地球較近且環(huán)境最相似的星球，一直是人類走出地月系統(tǒng)開展深空探測的首選目標。目前，人類已對火星實施了44次探測任務，其中成功了24次，火星是目前人類認識最深入的行星之一。

　　通過以往對火星的探測，人們在火星上發(fā)現(xiàn)了存在水的證據(jù)?；鹦巧鲜欠翊嬖谠杏臈l件以及火星是地球的過去還是未來？這些問題一直縈繞在科學家心頭，成為火星研究的重大科學問題。

　　我國首次火星探測任務憑借火星環(huán)繞器和著陸巡視器的超強陣容，可一步實現(xiàn)火星“環(huán)繞、著陸、巡視”三個目標，這是其他國家在首次實施火星探測任務時從未實現(xiàn)過的?；诂F(xiàn)有航天能力，“奔火”飛行7個月左右即可到達。

臨門一腳 制動捕獲“踩剎車”

　　火星捕獲是火星探測任務中技術風險最高、最為重要的環(huán)節(jié)之一，在火星探測器從地球飛向火星的過程中，能夠被火星引力所捕獲的機會只有一次。利用火箭助推，探測器獲得了擺脫地球引力的能量，使用精心設計的轉移軌道，探測器能夠最終順利抵達火星附近。

　　然而，受限于攜帶的推進劑有限，環(huán)繞器在抵達火星后，必須把握住唯一的機會對火星進行制動捕獲。此次火星探測任務捕獲時探測器距離火星僅400公里，而此時探測器相對火星的速度高達4到5公里每秒，一不留神就會撞擊火星或飛離，捕獲的成功與否成為火星探測任務成敗的關鍵。

　　在這一制動捕獲過程中，火星環(huán)繞器面臨諸多挑戰(zhàn)。由于捕獲時探測器距離地球1.93億公里，單向通信時延達到10.7分鐘，地面無法對這一制動過程進行實時監(jiān)控，只能依靠探測器自主執(zhí)行捕獲策略。此外，在制動過程中，環(huán)繞器需要在自身出現(xiàn)突發(fā)狀況時自主完成相應處理，最大限度保證火星捕獲成功。

4億公里 超遠距離深空通信

　　環(huán)火飛行階段，由于地球和火星的運行規(guī)律，探測器距離地球最遠達到4億公里。為了解決超遠距離通信問題，火星環(huán)繞器裝備了測控數(shù)傳一體化系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)重量輕、通信效率高、通信鏈路可靠的目標。

　　為補償空間衰減，火星環(huán)繞器配置了大功率行波管放大器以及大口徑可驅動的定向天線，大幅度提高探測器到地球通信能力。

自主管理 探測火星需要會思考的“大腦”

　　通常情況下，環(huán)繞地球運行的衛(wèi)星都是由地面控制中心根據(jù)衛(wèi)星的實時狀態(tài)和任務要求進行控制的。但火星環(huán)繞器由于探測器到地球的距離遠，通信延時大，無法完全依靠地面指令對星上出現(xiàn)的突發(fā)狀況進行實時處理。

　　此外，環(huán)繞器與地面站通信有其空間的特殊性，導致通信中斷（“日凌”）的時間最長可達30天，其間需依靠自身完成長期任務管理，并在出“日凌”后及時調整天線指向，迅速重新與地面建立聯(lián)系。

　　據(jù)悉，在此次火星探測任務的關鍵節(jié)點，自主管理同樣需要發(fā)揮巨大作用。在火星探測器進行環(huán)繞器與著陸巡視器分離時，環(huán)繞器需在短時間內完成3次調姿和2次變軌，對姿態(tài)及位置測量及控制精度要求非常高。

多樣載荷 給火星拍個“中式定妝照”

　　此次火星環(huán)繞器上共搭載7種有效載荷，可對地火轉移空間、火星軌道空間、火星表面及其次表層開展科學探測，獲取行星際射電頻譜數(shù)據(jù)、火星表面圖像、火星地質構造和地形地貌、火星表層結構和地下水冰分布、火星礦物組成與分布、火星空間磁場環(huán)境、近火星空間環(huán)境和地火轉移軌道能量粒子特征及其變化規(guī)律。

　　其中中分辨率相機可對火星全球開展地形地貌普查，高分辨率相機可對火星重點地區(qū)開展局部高分辨率地形地貌詳查，將為火星拍下來自中國的“定妝照”。

準備12年 全方位支撐“繞、著、巡”

　　“天問一號”火星探測任務，國際上首次實現(xiàn)“繞、著、巡”一氣呵成。

　　在川央企中電天奧參與完成了測控系統(tǒng)、運載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)和地面應用系統(tǒng)四大部分任務?！拔覀儨蕚淞?2年?！痹撈髽I(yè)負責人說，12年前獲得“中國深空第一站”——佳木斯66米深空測控站研制任務。此次，“天問一號”火星之旅“繞、著、巡”都離不開深空測控站的支撐。

　　“繞”，精準飛向火星。此次任務中，由環(huán)繞器和著陸巡視器組成的探測器需在太空中飛行7個月左右，才能到達火星。到達火星后，“天問一號”進行制動，被火星引力捕獲進入環(huán)繞軌道，成為環(huán)繞火星飛行的人造衛(wèi)星，對火星的地形以及著陸點進行勘測。佳木斯66米深空測控站采用的捕獲技術好比“聽診器”，負責在外太空噪聲中捕獲探測器信號，為探測器對火星的地形地貌勘測等提供保障。

　　“著”，不再恐懼“黑暗7分鐘”。條件合適時，著陸巡視器將與環(huán)繞器分離軟著陸于火星表面，這個時間僅7分鐘，即航天人口中的“黑暗7分鐘”——由于距離遙遠功率受限、數(shù)據(jù)速率極低，地球上的飛行控制中心很難精準掌握著陸器降落情況。中電天奧的研發(fā)團隊通過數(shù)據(jù)慢幀處理策略的優(yōu)化，提高信息有效幀數(shù)量，能得到更多著陸巡視器降落時的寶貴信息。

　　“巡”，做好火星探測“記錄者”。當著陸巡視器在火星表面開展巡視探測時，環(huán)繞器也將開展為期2年的中繼和遙感探測。在這一階段，佳木斯66米深空測控站還可以起到手機的作用，實現(xiàn)圖像等數(shù)據(jù)的接收，并解調巡視器拍攝的火星表面的圖像，為全面掌握“人類第二家園”的特征提供支持。

“天問一號”火星之旅

“四川造”在護航

□川報記者 朱雪黎

　　7月23日，我國首次火星探測任務“天問一號”探測器在文昌航天發(fā)射場升空，正式開啟了中國人自主探測火星之旅。承載此次“天問一號”發(fā)射任務的，是長征五號遙四運載火箭。

　　這趟意義非凡的“火星之旅”中，有多項“四川造”助力護航。

100%合格 長五遙四上有“四川造”

　　作為火星探測任務多種關鍵產品的重要制造單位——位于成都的四川航天技術研究院，主要負責了長五遙四火箭上配電器、附加控制器等重要單機及地面測發(fā)控整體系統(tǒng)的生產制造任務。任務啟動至今，已完成35項129臺(套)產品的生產交付任務，產品交付合格率100%。

　　此次共交付液壓阻尼作動筒、分離火箭等。其中，交付長五遙四火箭用火工品占箭上全部火工品的95%以上。此外，成功應用在火星探測器上的兩種電磁閥產品，組成了配套的發(fā)動機推進系統(tǒng)。

　　該研究院相關負責人介紹，針對長五遙四火箭“長壽命、高可靠”等技術特點，根據(jù)機械加工、電子裝聯(lián)等8大類不同專業(yè)的產品特點，研究院制定了近千份工藝指導和保障文件?！把邪l(fā)設計人員對設計方案和性能反復論證、試驗、修改，不斷提升產品的安全性、穩(wěn)定性和可靠性?！?/p>