探測器 天問一號成功著陸背后：78臺發動機近5億公里295天全程護航( 二 )
文章插圖
六院研制團隊還對變推力發動機表面的涂層材料做了改進，以更好地適應100m/s的火星大氣來流對發動機涂層的沖刷等影響。用綠色、先進、可靠的液體動力技術，護送祝融號火星車安全踏上火星地表。
在天問一號探測器上，六院研制交付了著陸巡視器和環繞器的推進分系統，共計48臺大大小小的發動機。它們分別為著陸器著陸過程懸停、避障及緩速下降過程提供了可靠動力，為環繞器系統提供軌道轉移、制動捕獲、軌道調整以及姿態控制所需的精準動力。
當進入合適的著陸時機，天問一號在3000N發動機作用下，下降到距離火星100km的高度，實現環繞器和著陸器分離。
為使著陸巡視器降低運行速度達到著陸要求，作為著陸巡視器主發動機的7500N變推力發動機接續發揮關鍵作用，為著陸巡視器動力減速、懸停避障和緩速下降等軟著陸任務提供軌控推力。
文章插圖
該型發動機是六院研制團隊在借鑒探月任務中7500N變推力發動機工程經驗基礎上，根據火星探測任務全新設計制造的發動機。并且相較之前探月任務中同樣推力的7500N發動機，為了滿足火星探測器安裝結構要求和減重需求，并提升發動機性能，研制團隊首次在我國開展深空探測的航天器上將推進分系統發動機燃燒室從以往的低室壓方案改進為中室壓方案，從而保證了相同推力情況下，發動機體積更小、性能更高。
制造過程中，改進型7500N變推力發動機與以往7500N發動機的性能和推力一樣，但重量和體積只有以前發動機的三分之一，結構也更加優化、緊湊。發動機的對接法蘭框還首次采用3D打印技術，“一次打印成型”避免大余量去除原實心棒材或鍛件引起的變形，也保證了發動機與總體對接的質量穩定性。
文章插圖
與此同時，環繞器在3000N發動機作用下，高度開始抬升，回到環火軌道，對火星全球環繞探測，持續為火星表面探測和地球的通信擔當中繼衛星。
在此過程中，兩器推進分系統中的小姿控發動機，也起到了不可替代的作用，與上述兩型發動機一起，成就了探測器環火和著陸時精準的身姿。
實施新技術 圓滿完成巡火任務
時延，是人類進行深空探索面臨的共同難題。與嫦娥三號探測器類似，“天問一號”在降落過程中有降速、懸停、緩速下降等動作，對發動機實時響應能力要求很高。但此前嫦娥探月時，時延只有一兩秒，感覺并不明顯，大多數時候地面仍可以直接控制探測器的動作。
然而當天問一號到達火星時，探測器狀態信號需要在宇宙空間里跑30分鐘左右才能到達地球,地面上的操控人員即使能實時作出判斷回復，到達探測器時又已經過去了30分鐘，早就錯過了合適的動作時機。
因此，在推進分系統的前期設計中，六院研制團隊使用了自主管理系統，讓探測器自己判斷突發情況自己采取行動化解，實現當判斷動作時機到來時，天問一號能夠自動執行任務。
文章插圖
按照計劃，近火捕獲開始15分鐘后發動機點火就會結束，但因為飛行的軌道設計，發動機點火開始后沒多久，天問一號就飛到了火星背面的“星掩區”，火星的遮擋完全中斷了探測器和地球之間的通信。為實現自主管理，確保任務順利完成，六院研制團隊開展頭腦風暴，分別為環繞器和著陸巡視器設想了10余種自主管理方案和故障預案，比如發動機貯箱欠壓、超壓等。為推進分系統開展了發動機故障自主切換冗余設計、配置了制導導航和控制系統等保障。
除此之外，推進劑加注歷來是航天器在發射場工作的重中之重。火星探測器加注是金屬膜片貯箱和表面張力貯箱在一次任務中同時加注，也是兩個疊加的航天器一次性實施加注，因貯箱結構不同，加注方案差異很大，加注量精度和加注均衡性要求高，加注時間漫長，整個過程需要8個晝夜，技術難點大，也是國內首次正式實施的高難度高風險加注任務。
文章插圖
航天科技集團六院院長王萬軍表示，“10個月的時間，六院人的心一直與天問一號一起在深空飛翔，始終牽掛她的安危，如今成功實現火星軟著陸，充分驗證了我院研制的78臺發動機的性能，這為我們完成后續任務增添了信心。”
推薦閱讀
- 發射 金星上有生命嗎？NASA一口氣發射2個探測器，謎題即將揭曉
- 地球 設計壽命20天的東方紅一號衛星，已飛了50年，何時回收？
- 東方紅一號 能量耗盡50年，東方紅一號衛星為何還沒墜毀它還能再飛100年
- n快訊｜NASA宣布金星探測計劃：十年內發射兩顆探測器
- 探測 “天問一號”已成功實施火星捕獲，中國首次火星探測任務獲得成功
- 金星 NASA 宣布“地球姊妹星”金星探測計劃：十年內將發射兩顆探測器
- 發射 NASA宣布金星探測計劃：十年內發射兩顆探測器
- n中美探測器輪番抵達，NASA發推誓言：搶先登陸火星
- 彗星 奧陌陌不是彗星？物理學家：似乎有東西推它，能變速，或是探測器
- 東方紅 東方紅一號還在軌運行，失去動力50年，它為何“永不落”