“天问一号”开启环绕火星之旅　引力影响下“精准刹车”最关键

“天问一号”探测器早前传回首幅火星图像，于2月10日完成“近火制动”，开启环绕火星之旅。
事实上，“近火制动”是火星探测过程中的重要节点之一，并且有一定风险，包括制动捕获只有一次机会，制动的时机、时长、力度等都必须十分精准。
此外，天问一号抵达火星时与地球距离远，通讯延时长，地面无法实时监视和控制，整个制动过程必须由其自主完成，对自主控制有很高要求。

据中国航天科工集团二院研究员杨宇光介绍，按照轨道动力学规律，当航天器接近一个天体时，如果不采取任何措施，航天器将与天体擦肩而过，整个过程形成一个双曲线轨道。在接近过程中，航天器受天体引力影响，速度会愈来愈快，在距离最近时达到峰值。如果此时航天器不制动，它会逐渐远离，速度慢慢下降，最后摆脱引力飞离天体。如果想从转移轨道进入环绕天体运行的轨道，航天器就必须实施制动减速。

全国太空探测技术首席科学传播专家庞之浩亦表示，天问一号实施制动减速时，要先调整飞行姿态，将引擎喷管朝向前方，等时机恰当时点火开机，以此降低速度，整个制动过程的控制必须十分精准，“只有刹车时机和时长都分秒不差，才能形成理想的捕获轨道。”

杨宇光并提到，制动捕获有一个原则，轨道愈低，引擎愈省能量，效率也就越高。但对于距离上亿公里的火星，航天器的位置测量和控制都可能出现误差，如果制动点的轨道高度过低，可能导致其撞向火星表面。同时，航天器并不是在某一个点把速度降到多少，而是在一个飞行弧段内持续减速，制动点火的时间需要精密计算和精准控制。如果制动时间过长导致制动力度过大，也会面临坠毁的风险。

值得一提是，中国在历次探月任务中，嫦娥系列探测器均圆满完成“近月制动”，但天问一号所面临的“近火制动”，却之有所不同，最显著的区别源自距离。地球与月球之间的平均距离约为38.44万公里，对于测控通讯来说，延时不过约1秒钟。但天问一号实施“近火制动”时，地球与火星的距离超过1.8亿公里，单向通讯延时长达10分钟以上。

杨宇光指，因此自主控制绝非只靠地面准备指令、航天器执行就能完成，要大量依赖于测量手段。为了确保测量准确，在执行关键动作的航天器上都有多个传感器，通过多种途径和不同手段，结合地面测量数据，判断测量结果是否精确。在执行指令时，也会通过传感器来反馈执行情况。当遇到意外情况，来不及等待地面处理时，航天器也会自行判断，然后按照预案自行应对。

（综合报道）