新京報(bào)貝殼財(cái)經(jīng)訊（采訪人員 羅亦丹）北京時(shí)間5月15日7時(shí)18分， 天問一號(hào)著陸巡視器成功著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，我國首次火星探測任務(wù)著陸火星取得圓滿成功。后續(xù)，著陸器上搭載的“祝融號(hào)”火星車將依次開展對著陸點(diǎn)全局成像、自檢、駛離著陸平臺(tái)并開展巡視探測。
從發(fā)射、抵達(dá)、入軌變軌到降落火星，“天問一號(hào)”是如何完成這一艱巨任務(wù)的？對此新京報(bào)貝殼財(cái)經(jīng)采訪人員采訪了航天領(lǐng)域?qū)I(yè)人士進(jìn)行了解讀。
發(fā)射 抵達(dá)
天問一號(hào)6個(gè)月抵達(dá)火星
根據(jù)航天局官網(wǎng)信息，我國首次火星探測任務(wù)于2016年正式批復(fù)立項(xiàng)。北京時(shí)間2020年7月23日,“天問一號(hào)”搭載長征五號(hào)遙四火箭在中國文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空。
“對于從地球至火星的深空航行而言，火星探測器的飛行速度與軌道幾乎是確定的，基本都要走‘霍曼轉(zhuǎn)移軌道’。”航天領(lǐng)域?qū)I(yè)人士告訴新京報(bào)貝殼財(cái)經(jīng)采訪人員，“在該軌道內(nèi)，探測器突破第二宇宙速度（即脫離地球引力）后，首先進(jìn)入一個(gè)環(huán)繞太陽運(yùn)動(dòng)的大橢圓軌道，該軌道的飛行軌跡剛好與火星軌道內(nèi)切，當(dāng)算準(zhǔn)發(fā)射時(shí)間后，探測器飛抵火星軌道時(shí)火星也正好運(yùn)行到，此時(shí)探測器通過發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速，從而被火星引力捕獲。 ”
2021年2月10日19時(shí)52分，中國航天科技集團(tuán)宣布，中國首次火星探測任務(wù)天問一號(hào)探測器實(shí)施近火捕獲制動(dòng)，環(huán)繞器3000N軌控發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作約15分鐘，探測器順利進(jìn)入近火點(diǎn)高度約400千米，周期約10個(gè)地球日，傾角約10°的大橢圓環(huán)火軌道，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星。
入軌 變軌
為何從10°傾角變?yōu)?0°傾角？
值得注意的是，抵達(dá)火星軌道后，天問一號(hào)還進(jìn)行了一次變軌。2月15日17時(shí)，中國航天科技集團(tuán)宣布天問一號(hào)探測器成功實(shí)施捕獲軌道遠(yuǎn)火點(diǎn)平面機(jī)動(dòng)，將軌道調(diào)整為經(jīng)過火星兩極的環(huán)火軌道，并將近火點(diǎn)高度調(diào)整至約265千米。后續(xù)，探測器還將通過數(shù)次軌道調(diào)整，進(jìn)入火星停泊軌道。
“10°傾角是指環(huán)火軌道與火星赤道平面的傾角為10°。”航天領(lǐng)域?qū)I(yè)人士對新京報(bào)貝殼財(cái)經(jīng)采訪人員表示，之所以選擇低傾角進(jìn)入火星，是因?yàn)榛鹦呛偷厍蚨紩?huì)在一個(gè)幾乎相同的平面圍繞太陽運(yùn)動(dòng)，以低傾角方式進(jìn)入軌道可以減少很多干擾，最簡單、效率最高。
不過，進(jìn)入軌道后若一直以10°傾角軌道運(yùn)動(dòng)，就只能觀測到火星赤道南北10°左右的區(qū)域，此時(shí)必須進(jìn)行變軌，當(dāng)轉(zhuǎn)為繞火星兩極的約90°傾角后，就可以觀測到火星的全部區(qū)域。此外，由于天問一號(hào)此次著陸的區(qū)域在北邊烏托邦平原處，大概在30°以上的位置，所以必須調(diào)整成高傾角軌道，否則不可能在這一地方著陸。
登陸 探測
國家航天局官網(wǎng)發(fā)文稱，凌晨1時(shí)許，天問一號(hào)探測器在停泊軌道實(shí)施降軌，機(jī)動(dòng)至火星進(jìn)入軌道。4時(shí)許，著陸巡視器與環(huán)繞器分離，歷經(jīng)約3小時(shí)飛行后，進(jìn)入火星大氣，經(jīng)過約9分鐘的減速、懸停避障和緩沖，成功軟著陸于預(yù)選著陸區(qū)。
航天專家介紹，天問一號(hào)探測器的組成部分包括環(huán)繞器與著陸器，在著陸器降落火星之前，環(huán)繞器必須留在火星軌道之上。這是因?yàn)樘靻栆惶?hào)是我國首次執(zhí)行火星探測任務(wù)，必須把環(huán)繞器留在軌道上做“中繼器”之用。
專家表示，由于火星車無法攜帶滿足與地球通信的大型天線，著陸到火星表面后，不可能直接與地球通信，此時(shí)必須通過環(huán)繞器中繼的方式與地球通信，即火星車把信號(hào)發(fā)給火星環(huán)繞器，環(huán)繞器再發(fā)給地球。
根據(jù)國家航天局信息，兩器分離約30分鐘后，環(huán)繞器進(jìn)行升軌，返回停泊軌道，為著陸巡視器提供中繼通信。后續(xù)，“祝融號(hào)”火星車將依次開展對著陸點(diǎn)全局成像、自檢、駛離著陸平臺(tái)并開展巡視探測。
據(jù)了解，在著陸過程中，天問一號(hào)選擇的是火箭反推懸停降落技術(shù)。航天專家向貝殼財(cái)經(jīng)采訪人員介紹，在火箭反推懸停降落技術(shù)中，反推火箭會(huì)一直工作到降落火星表面。有巨大（相對著陸器本身體積）的燃料罐和反推火箭，各種傳感系統(tǒng)也裝在著陸器底部。
國家航天局表示，火星探測風(fēng)險(xiǎn)高、難度大，探測任務(wù)面臨行星際空間環(huán)境、火星稀薄大氣、火星地形地貌等挑戰(zhàn)，同時(shí)受遠(yuǎn)距離、長時(shí)延的影響，著陸階段存在環(huán)境不確定、著陸程序復(fù)雜、地面無法干預(yù)等難點(diǎn)。天問一號(hào)任務(wù)突破了第二宇宙速度發(fā)射、行星際飛行及測控通信、地外行星軟著陸等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了我國首次地外行星著陸，是中國航天事業(yè)發(fā)展中又一具有重大意義的里程碑。
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