2023年2月10日,遠(yuǎn)在火星執(zhí)行全球遙感科學(xué)探測任務(wù)的“天問一號”火星環(huán)繞器,已經(jīng)在火星“上崗”滿兩年。兩年來,環(huán)繞器“履職盡責(zé)”,獲取一手探測數(shù)據(jù),取得豐碩科研成果。目前,火星已迎來了春分,火星環(huán)繞器在“環(huán)繞火星”的崗位上履職,持續(xù)開展對火星多維度探測任務(wù)。
(資料圖片僅供參考)
2021年2月10日19時52分,“天問一號”環(huán)繞器按照預(yù)設(shè)程序開始實(shí)施火星制動捕獲,3000N主發(fā)動機(jī)點(diǎn)火15分鐘,20時07分左右探測器成功進(jìn)入環(huán)繞火星軌道,成為中國第一顆人造火星衛(wèi)星,實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”第一步“繞”的目標(biāo),國家航天局宣布環(huán)繞火星成功?;鹦黔h(huán)繞器由中國航天科技集團(tuán)有限公司八院抓總研制,攻克并掌握了以導(dǎo)航制導(dǎo)與控制(GNC)、測控、自主管理、環(huán)境適應(yīng)為代表的行星環(huán)繞探測能力。
抓準(zhǔn)唯一機(jī)會,精確制動捕獲
火星捕獲是火星探測任務(wù)中技術(shù)風(fēng)險最高、最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。在火星探測器從地球飛向火星的過程中,能夠被火星引力所捕獲形成環(huán)繞軌道的機(jī)會只有一次。實(shí)施火星捕獲時,“天問一號”火星探測器距離火星表面最近僅400公里,稍有偏差就會撞擊火星或飛離。由于制動捕獲時探測器距離地球1.92億公里,單向通信時延達(dá)到了10.7分鐘,地面無法對整個過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,只能依靠環(huán)繞器自主執(zhí)行捕獲策略。因此,捕獲的成敗就成了火星探測任務(wù)成敗的關(guān)鍵。
為了確保本次制動捕獲成功,八院火星環(huán)繞器研制團(tuán)隊設(shè)計了器務(wù)自主管理器雙大腦、姿軌控計算機(jī)三核心、測控通信多通道切換策略、發(fā)動機(jī)雙關(guān)機(jī)策略、3000N和120N發(fā)動機(jī)兩重保險等多項(xiàng)技術(shù),極大地提升了系統(tǒng)的可靠性,確保探測器處于“捕獲走廊”直至進(jìn)入環(huán)火軌道,成功制動捕獲。
“太空多面手”,圓滿完成探測任務(wù)
火星環(huán)繞器分飾了飛行器、通信器和探測器三大角色,是名副其實(shí)的“太空多面手”。
自2020年7月23日發(fā)射開始,火星環(huán)繞器扮演了飛行器的角色,背負(fù)著陸巡視器,經(jīng)過深空機(jī)動、四次軌道修正,走過約4.5億公里的路徑,一路上202天的過關(guān)斬將,順利抵達(dá)火星。
2021年2月10日,火星環(huán)繞器到達(dá)火星,正式履職“環(huán)繞火星”崗位。按照天問一號任務(wù)要求,火星環(huán)繞器在火星主要扮演通信器、探測器兩大角色。
2021年5月15日,火星環(huán)繞器將著陸巡視器準(zhǔn)確送入落火軌道、著陸巡視器成功著陸火星,實(shí)現(xiàn)了我國首次地外行星著陸。2021年5月22日,在火星環(huán)繞器的中繼支持下,“祝融號”火星車成功駛離著陸平臺,中國人的足跡首次踏足那顆紅色星球;中國成為世界上第二個實(shí)現(xiàn)火星巡視的國家。火星車踏足火星后,火星環(huán)繞器為“祝融號”提供了近半年的中繼通信后,圓滿完成通信器的角色任務(wù)。
2021年11月火星環(huán)繞器實(shí)施軌道控制,進(jìn)入遙感使命軌道,正式轉(zhuǎn)入探測器的角色。通過攜帶的7臺有效載荷,環(huán)繞器對火星開展了全球遙感科學(xué)探測。2022年6月29日,國家航天局宣布:火星環(huán)繞器獲取了覆蓋火星全球的中分辨率影像數(shù)據(jù),各科學(xué)載荷均實(shí)現(xiàn)了火星全球探測,完成既定科學(xué)探測任務(wù)。2022年12月29日,火星環(huán)繞器成功環(huán)火687天,完成了一個火星年的環(huán)火飛行與探測,環(huán)繞器圓滿完成探測器的角色任務(wù)。
全面“履職”,創(chuàng)多項(xiàng)國內(nèi)外首次
“天問一號”國際首次通過一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”三大任務(wù)目標(biāo)?;鹦黔h(huán)繞器圓滿完成各項(xiàng)工作,獲取了大量我國一手的科學(xué)數(shù)據(jù)和工程數(shù)據(jù),為我國行星探測工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
火星環(huán)繞器配置了高分辨率相機(jī)、中分辨率相機(jī)、次表層探測雷達(dá)等7臺科學(xué)有效載荷,用于實(shí)施科學(xué)探測。在實(shí)施火星捕獲前,火星環(huán)繞器使用高分辨率相機(jī)拍攝了我國首幅火星影像。在著陸火星前,火星環(huán)繞器在為期約3個月的停泊飛行中,使用高分辨率相機(jī)、中分辨率相機(jī)、礦物光譜分析儀,獲取了包含預(yù)選著陸區(qū)優(yōu)于1m分辨率全色影像圖、寬域彩色中分辨率影像圖、多光譜信息。著陸火星后,火星環(huán)繞器對真實(shí)落區(qū)、火星車巡視區(qū)域進(jìn)行了成像探測,獲取高分辨率影像。
進(jìn)入遙感使命軌道后,火星環(huán)繞器完成了火星全球遙感探測任務(wù),獲取了覆蓋火星全球的中分辨率影像數(shù)據(jù)。利用這些影像數(shù)據(jù),我國的科研人員目前正在繪制國際先進(jìn)的高分辨率火星彩色全球影像圖。在環(huán)火擴(kuò)展任務(wù)期間,火星環(huán)繞器實(shí)施了火衛(wèi)一成像探測,獲取了中國首幅“火衛(wèi)一”圖像。
除科學(xué)載荷獲取的探測數(shù)據(jù)外,基于火星環(huán)繞器平臺的工程數(shù)據(jù)同樣取得了豐碩的成果。
2021年9月下旬至10月中旬,太陽位于火星與地球之間,火星環(huán)繞器經(jīng)歷了“日凌”期考驗(yàn),環(huán)繞器與地球之間的無線電通信受到太陽的干擾而失去聯(lián)系。利用這次機(jī)會,在國家航天局支持下,中外科學(xué)家聯(lián)合,利用火星日凌期間的通信信號工程數(shù)據(jù),獲得了太陽臨日空間日冕等離子體拋射速度、冕流波等細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)、初生高速太陽風(fēng)流等研究成果。
為了實(shí)現(xiàn)火星探測器在太空中狀態(tài)的安全監(jiān)測,火星環(huán)繞器配置了工程測量分系統(tǒng),包含固連遙測探頭、近距離遙測探頭等。利用這些工程監(jiān)測探頭,火星環(huán)繞器完成了奔火過程中探測器全貌、火星捕獲過程、著陸火星階段著陸巡視器分離、環(huán)火飛行環(huán)繞器全貌等關(guān)鍵過程及狀態(tài)可視化監(jiān)測。
宇宙浩渺無限,中國人追天的腳步從未停歇。在圓滿完成“天問一號”首次火星探測任務(wù)后,中國行星探測工程后續(xù)任務(wù)也在緊鑼密鼓地開展?!?021中國的航天》白皮書指出,未來中國將實(shí)施小行星探測、火星采樣返回、木星系探測等任務(wù)。中國航天人將繼續(xù)探索,助力我國行星探測事業(yè)發(fā)展,加快推動航天強(qiáng)國建設(shè)。
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