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環繞器 厲害了！天問一號成功“落火”西安制造78臺發動機近5億公里全程護航

環繞器 厲害了！天問一號成功“落火”西安制造78臺發動機近5億公里全程護航
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2021年5月15日，天問一號著陸巡視器與環繞器實現分離，成功軟著陸于火星表面，實現了人類航天史上的又一次壯舉，豎起了中國航天史上又一座激動人心的里程碑。由航天科技集團六院研制交付的78臺各型發動機，推舉長征五號遙四運載火箭，助力天問一號探測器，將液體動力的貢獻貫穿全程，在浩瀚宇宙中書寫出一個又一個新的奇跡。
應對高風險 成功實施繞火飛行
距離2020年7月23日，在文昌航天發射場由長征五號遙四運載火箭發射升空，成功進入預定軌道，邁出中國自主開展行星探測的第一步，經歷四次軌道中途修正，按計劃實施火星捕獲，順利進行繞火飛行，傳回首幅火星圖像，成功進入火星停泊軌道……經過漫長的飛行與發動機的數次點火，天問一號探測器至今已在浩瀚星空中飛行將近10個月。
要想成功飛向火星，搭載火星探測器的運載火箭必須達到第二宇宙速度，方能助力探測器脫離地球引力，踏上神秘的探火之旅。
在長征五號遙四運載火箭上，配置了由航天科技集團六院研制生產的新一代綠色無污染的8臺120噸級液氧煤油發動機、2臺50噸級氫氧發動機、2臺9噸級膨脹循環發動機及18臺作為輔助動力的姿控發動機。這30臺四型發動機，將我國運載火箭的近地軌道運載能力，從9噸提升至25噸，從而實現火箭的一飛沖天，為天問一號探測器向著火星的漫漫星途提供強勁可靠的動力保障。
超過4.75億公里的飛行距離里，天問一號始終以太陽為中心飛行，力保在探測器到達火星軌道時，火星也剛好達到，從而實現被火星捕獲，成為圍繞火星飛行的一顆衛星。
只有實現這個前提才能完成后續探測器進入到著陸前的停泊軌道、實施著陸和開展火星表面工作等一系列關鍵動作。這一過程，也可以理解為一輛行駛在高速公路上的汽車即將尋找一個準確的時機進入匝道，這要求對它當前位置作出精準的測量，并保證能夠穩、準、狠地踩下剎車。
這是一個一次性不可逆的過程，如果一旦發動機未能點火，或是點火姿態出現問題，將會導致整個任務的失敗。
由六院研制生產的3000N軌控發動機就是肩負著近火制動任務的關鍵。要確保在15分鐘左右的時間里，把探測器與火星的相對速度從每秒5.1公里降低到每秒4.5公里，這要求發動機不僅要快速點火啟動，還要保證在額定點長時間連續穩定工作。
在探火之旅的整個過程中，六院為我國深空探測任務專門研制的3000N軌控發動機承擔著三項任務，一是地球轉移到火星過程中的姿態修正，二是在接近火星時的“剎車制動”，三是在火星附近的軌道調整。該型發動機從2010年立項到2016年定型，經歷了多項考核，充分驗證了各項關鍵技術，具有高比沖、多次起動、長壽命、環境適應性良好等優點。
突破高難度 順利實現安全著陸
相較之前的探月任務有所不同，火星表面存在以二氧化碳為主要成分的稀薄大氣，會在發動機下降過程中帶來摩擦生熱等問題。因此探測器著陸方式也從之前月球真空環境下的變推力發動機反推著陸，改變為降落傘和變推力發動機共同作用。
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。
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。
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。

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