2021年2月15日 星期一

天問華麗轉換平面方向---太空「側手翻」

  中國首次火星探測任務天問一號探測器15日成功實施捕獲軌道遠火點平面機動。探測器上的3000牛發動機點火工作,將軌道調整為經過火星兩極的環火軌道,並將近火點高度由400公里調整至約265公里,為後續「泊車」工作審時度勢、奠定基礎。媒體將「遠火點平面機動」稱太空「側手翻」,即橫着繞火星轉改為豎着繞火星轉,這樣一來,天問一號就可以探測到火星的南極與北極。

  2020723日,天問一號在文昌衛星發射中心升空。在長達6個多月奔赴火星的途中,天問一號完成了四次中途修正和一次深空機動,開展了各種自檢和功能驗證工作,對探測器的測控通信能力、能源保障能力、姿軌控能力、自主管理能力等進行了測試,確保制動捕獲過程涉及的功能、性能得到充分檢驗。

春節期間頻實施關鍵動作

  今年春節期間,天問一號成為中國航天器中的「主角」,頻頻實施關鍵動作。210日晚,天問一號探測器成功實施近火捕獲制動,環繞器3000N軌控發動機點火工作約15分鍾,探測器順利進入近火點高度約400千米,周期約10個地球日,傾角約10度的大橢圓環火軌道。212日,正月初一,國家航天局發布天問一號探測器火星捕獲過程影像。15日,天問一號成功實施捕獲軌道遠火點平面機動,探測器上的3000牛發動機點火工作,將軌道調整為經過火星兩極的環火軌道,並將近火點高度調整至約265公里。

  天問一號是中國第一個抵達火星軌道的航天器。航天科技集團五院的專家表示,天問一號要一次實現「繞、着、巡」三個目標,軌道設計的難度很高,在完成火星捕獲進入環火軌道後,天問一號將要面臨更大的考驗。天問一號由環繞器與着陸巡視器組成,為了保證着陸巡視器順利完成火星着陸,天問一號需要進行多軌調整,通過精準操作來不斷進行軌道和速度的變動,通過更加複雜的軌道控制來保證「泊車」。

  專家介紹,天問一號在遠火點進行平面機動,調整飛行的軌道傾角,是為後續「泊車」工作審時度勢、奠定基礎。當回到近火點時,天問一號就要慢踩剎車,準備更換線路,邁入到停泊調向軌道,對軌道周期進行相應調整,以保證軌跡經過預定的着陸點。當天問一號在停泊調相軌道上再次到達近火點時,需要進行第三次剎車,進入停泊軌道,並在該軌道上進行多次維持,保證能夠在預定時間、預定地點完成着陸巡視器的着陸。

將入停泊軌拍着陸區

  前面步驟均已妥善完成後,天問一號才能再次減速,進入到停泊軌道,對着陸區進行拍攝成像,選擇合適的位置,完成「泊車」的最後一步,即實現環繞器與着陸巡視器的分離,着陸巡視器進入到火星大氣,完成這一階段的全部任務。

火星捕獲天問過程被成功拍下

  中國牛年新春之際,國家航天局12日發布中國首次火星探測任務天問一號探測器火星捕獲過程影像。監視相機完整記錄了火星進出視野、發動機點火後探測器輕微震動和探測器從火星白天飛入黑夜的過程,太陽翼、定向天線、火星大氣層及表面形貌清晰可見。

  據介紹,為做好「天問一號」在軌工作狀態的可視化監視,中國航天科技集團八院(以下簡稱:八院)火星環繞器工程測量團隊專門設計了一套由多個「質量小、個頭小、能耗小」的「小塊頭」組成的工程測量分系統,包括固連遙測探頭、近距離遙測探頭和國旗,而實施本次捕獲過程拍照的便是其中的固連遙測探頭的兩個固連測量傳感器。

  固連遙測探頭是一種分布式布局、集中控制式的相機系統,由控制模塊和三個固連測量傳感器組成。三個固連測量傳感器依據太陽翼、定向天線、着陸巡視器的位置進行布局安裝。由於火星探測距離遠、通信時延大等約束,研製團隊採用全自主成像控制理念來完成固連遙測探頭的設計。也就是說,只要固連遙測探頭加電,三個固連測量傳感器就可以在無地面指令操控下自主完成相應的成像監測任務。

  因此,在飛向火星的旅程中,固連遙測探頭一路監測「天問一號」的狀態,完成了太陽翼展開過程、定向天線展開過程的監測。

火星車設計師:它是最美蝴蝶

據報215日,大年初四,中國首次火星探測任務天問一號探測器進行「遠火點平面機動」。後續天問一號探測器還將經過多次軌道調整,進入火星停泊軌道,開展預選着陸區探測,計劃於20215月至6月擇機實施火星着陸,開展巡視探測。

  在航天科技集團五院天問一號探測器系統副總設計師賈陽的桌上,擺放着一個蝴蝶標本。他告訴記者,「我們的火星車就是一隻美麗的蝴蝶。」放在火星車前方的探測設備就像是蝴蝶的復眼,而展開的太陽翼就像蝴蝶的翅膀。

  有趣的是,火星車的設計中還藏着賈陽關於中國文化的理解與創意。採用九疊篆的手法,再進行抽象,他們設計出一個「火」字,作為火星車的車標。

  現在,火星車的徵名活動正在火熱進行中。當被問到他會選擇哪個名字的時候,賈陽說,他會強烈推薦「哪吒」這個名字,「我覺得在我心中賦予火星車的人設就是輕巧靈動,還有點淘氣的小孩子的形象。」 

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