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天问一号与轨道修正有何区别?

2020-10-10 10:06:21  来源:新华社

10月9日,在我国首次火星探测任务飞行控制团队努力下,“天问一号”探测器顺利完成深空机动。至此,探测器的飞行轨道变为能够准确被火星捕获的、与火星精确相交的轨道。截至深空机动前,“天问一号”已飞行超过78天,距离地球超过2900万公里,目前探测器各系统状态良好。对我国首次火星探测任务而言,此次深空机动意义重大。

什么是深空机动?与轨道修正有何区别?

深空机动是指在地火转移段实施的一次变轨机动。中国航天科技集团八院火星环绕器团队专家告诉记者,通过深空机动可以改变探测器原有的飞行速度和方向,使其能够沿着变轨后的轨道顺利飞行至火星。

专家介绍,执行深空机动是运载火箭入轨弹道和地火转移轨道联合优化的结果,能够提升运载的发射能力、增加探测器的发射质量,使探测器可以携带更多的推进剂,更好地完成探测任务。

此前,“天问一号”已完成两次轨道中途修正。专家表示,与速度增量较小、发动机工作较短的常规中途修正不同,深空机动过程中,探测器由发射入轨的逃逸转移轨道变轨为精确到达火星的轨道,速度增量大、发动机工作时间长,对探测器控制和推进系统提出了极高要求。

如何实现深空机动?

执行深空机动任务需要飞行控制团队根据预定到达火星时间、轨道参数与即时测控定轨参数制定深空机动变轨策略,完成对应的探测器姿态和轨道控制,确保探测器在深空机动后处于与火星精确相交的轨道上。

“‘天问一号’在跑,地球在跑,火星也在跑。目前‘天问一号’已经距离地球超过2900万公里,我们互相之间的时延已经比较大了,所以很多动作都要靠我们事先设计和探测器自己完成,这些都具有难度和挑战。”我国首次火星探测任务“天问一号”探测器副总指挥张玉花说。

为了完成地面测控的精密定轨和探测器上精确自主的轨道控制,此次深空机动中,地面对探测器的定轨任务由我国深空测控站和天文台共同完成,准确保证了探测器变轨的精密定轨需求。为了能够精确自主控制轨道,火星环绕器装备了具备故障识别与自主处理能力的计算机,充分保证了轨道控制的精度和可靠性。

深空机动对火星探测好处多

据悉,通过使用深空机动进行轨道设计和轨道控制,不但成功增加了探测器的推进剂携带量,还实现了三方面目标。

首先,深空机动将一个大的捕获速度增量分解为两次相对较小的速度增量,有利于减小发动机单次工作时间,保证发动机工作的可靠性。同时,深空机动的实施有利于3000N发动机的标定,过程中可对3000N发动机进行推力和比冲标定,而精确的发动机标定参数可以更好地确保火星捕获的精度。

此外,通过深空机动,八院火星环绕器研制团队实现了对探测器到达时间的优化,能够得到更加有利的捕获点处的光照条件和通信条件,也使捕获时探测器经历的火影时间(探测器进入太阳光被火星遮挡的阴影区)和通信盲区时间更短。

3亿公里之遥精确瞄准 精度优于设计指标

此次深空机动中,环绕器距离瞄准的火星位置约3亿公里,误差控制约200公里,这相当于从北京到上海约1200公里的距离中瞄准一个直径约0.8米的目标,难度可想而知。

在飞行控制团队的不懈努力下,此次深空机动控制的实际精度优于设计指标。后续,工作人员将根据探测器实际飞行状态,迭代优化中途修正策略,利用中途修正持续对到达火星的轨道进行精确修正,确保探测器能够按计划准确进入火星捕获走廊,被火星引力捕获进入环火轨道,开展着陆火星的准备和后续科学探测等工作。

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