科學(xué)大爆炸

天問一號(hào)打卡1億公里——

“探火”還要邁幾道坎

8月28日，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器累計(jì)飛行1億公里。從7月23日成功發(fā)射算起，天問一號(hào)已在軌飛行約36天。

相比環(huán)繞地球飛行、降落月球表面，飛向火星并非易事。這將是一次漫長(zhǎng)的太陽系之旅，按照專家的估算，到達(dá)火星時(shí)，天問一號(hào)距離地球約1.95億公里，實(shí)際飛行路程約4.7億公里，整個(gè)過程中還要?dú)v經(jīng)軌道修正、制動(dòng)捕獲等難關(guān)。

現(xiàn)在的天問一號(hào)，已經(jīng)成為一顆人造行星，在地火轉(zhuǎn)移軌道上，與地球、火星共同繞太陽公轉(zhuǎn)，并逐漸遠(yuǎn)離地球，飛向火星。之前的1億公里，天問一號(hào)都經(jīng)歷了什么，而未來的3億多公里，它還要邁哪幾道坎?

最后來一張地月合影

中國(guó)航天人追尋火星的腳步，在火箭飛行的過程中就已經(jīng)開始了。7月23日12時(shí)41分，天問一號(hào)帶著十幾種不同功能的科學(xué)載荷，在萬眾期待中，踏上了奔向火星的漫漫征途。

“定向天線展開!”這是一個(gè)非常關(guān)鍵的控制，在4億公里的距離上，地面和探測(cè)器間傳送的無線電信號(hào)，將變得非常微弱，而展開這個(gè)近6平方米的“大鍋”非常重要，它能大幅提升傳輸信號(hào)強(qiáng)度。到了火星軌道，與地面遠(yuǎn)距離通信就全靠它了。天線展開后，意味著中國(guó)探火之旅從此有了“生命線”。

出門遠(yuǎn)行的第四天，天問一號(hào)飛行過程一切正常，但身邊沒有了熟悉的地球大氣，它只身旅行在黑色的宇宙海洋，而地球和月球變得越來越小。

天問一號(hào)拿出隨身攜帶的光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)，為地球和月亮拍了一張合照。在這幅黑白合影圖像中，地球與月球一大一小，均呈新月狀，在茫茫宇宙中相互陪伴，仿佛正向人們微笑示意。

中國(guó)航天科技集團(tuán)八院研制專家告訴記者，探測(cè)器在太空中，就像輪船航行在茫茫大海上，不同的是飛離地球后沒有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)指引。與傳統(tǒng)的無線電導(dǎo)航不同，光學(xué)自主導(dǎo)航可以通過圖像目標(biāo)識(shí)別和特征提取，完成位置、速度等導(dǎo)航信息的獲取。

“光學(xué)導(dǎo)航敏感器就好比探測(cè)器的‘眼睛’。”八院控制所光學(xué)導(dǎo)航專家打了個(gè)比方，“有了這雙明亮的‘眼睛’，探測(cè)器也就有了自主能力，可以自己看著飛向目的地”。

在天問一號(hào)飛近火星的過程中，中國(guó)航天人將裝有長(zhǎng)焦鏡頭的導(dǎo)航敏感器當(dāng)作一只“千里眼”，最遠(yuǎn)可以在1000萬公里的距離識(shí)別火星，還能自主適應(yīng)火星從點(diǎn)目標(biāo)到面目標(biāo)、從弱目標(biāo)到強(qiáng)目標(biāo)的火星圖像提取，即使沒有外部導(dǎo)航信息，也能夠在深空飛行中自主找到前進(jìn)的道路。

成為一顆人造行星

按照國(guó)際電信聯(lián)盟的定義，深空邊界為距離地球200萬公里遠(yuǎn)的空間，7月29日，也就是天問一號(hào)入軌后6天，它成功突破這一邊界，正式成為太陽系中一顆遨游深空的人造行星。

截至8月25日23時(shí)，天問一號(hào)遠(yuǎn)離地球的距離突破1000萬公里，累計(jì)行程達(dá)9329萬公里。北京航天飛行控制中心首次火星探測(cè)任務(wù)型號(hào)總師崔曉峰表示，是邊界就意味著一定程度上的挑戰(zhàn)極限，深空邊界也一樣，代表著超遠(yuǎn)距離、超大時(shí)延的環(huán)境變化，這無疑是地面飛控人必須攻克的難關(guān)。

雖說條條大路通羅馬，但漫漫太空旅行要順利完成，一定要有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。目前，天問一號(hào)處于無動(dòng)力飛行狀態(tài)，在飛行過程中，受到入軌偏差、控制精度偏差等因素影響，微小的偏差會(huì)逐漸積累放大，因此，及時(shí)修正調(diào)節(jié)十分必要。

8月2日，天問一號(hào)探測(cè)器3000牛頓發(fā)動(dòng)機(jī)工作20秒鐘，完成第一次軌道中途修正。

我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)探測(cè)器系統(tǒng)環(huán)繞器技術(shù)副總負(fù)責(zé)人朱慶華說，很多汽車都具有車道保持功能，如果車偏離了自己的車道，就會(huì)自動(dòng)修正方向，讓車回到原本的車道上來?；鹦翘綔y(cè)器的軌道修正與之類似，但不同的是，火星探測(cè)器要修正的不僅僅是飛行方向，還有飛行速度等多個(gè)變量。

他告訴記者，天問一號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)時(shí)間確定為20秒鐘，軌道專家最終拿出了既能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定又實(shí)現(xiàn)地火轉(zhuǎn)移能量最優(yōu)的控制策略。

據(jù)崔曉峰介紹，未知的太空意味著風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，牽好地面和航天器的“通信線”至關(guān)重要。在照顧好天問一號(hào)的同時(shí)，飛控人還必須合理利用深空測(cè)控資源，實(shí)施了嫦娥四號(hào)著陸器、巡視器和中繼星的休眠喚醒，兼顧好在月球上的“老壽星”嫦娥三號(hào)著陸器，讓中國(guó)的“玉兔”能夠在月球背面繼續(xù)巡視探測(cè)。

未來的過五關(guān)斬六將

據(jù)中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)探測(cè)器系統(tǒng)副總指揮兼環(huán)繞器總指揮張玉花介紹，在未來幾個(gè)月的飛行過程中，天問一號(hào)還將經(jīng)過3-4次中途修正和1次深空機(jī)動(dòng)修正，環(huán)繞器逐漸飛近火星，進(jìn)入火星捕獲段。

這其中，火星捕獲是火星探測(cè)任務(wù)中技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)最高的環(huán)節(jié)之一，由于火星捕獲窗口的唯一性，捕獲的成敗決定了火星探測(cè)任務(wù)的成敗。這一點(diǎn)火制動(dòng)過程，通常被稱為“踩剎車”。

張玉花說，“剎車”踩早了，探測(cè)器速度降得過低，探測(cè)器會(huì)墜入大氣層撞擊火星;踩晚了，探測(cè)器就不能被火星引力捕獲，從而飛離火星。

成功捕獲進(jìn)入環(huán)火軌道后，火星探測(cè)器會(huì)進(jìn)行一系列軌道調(diào)整，進(jìn)入停泊軌道，將近火點(diǎn)調(diào)整到著陸點(diǎn)上空附近，并在每次經(jīng)過近火點(diǎn)時(shí)，對(duì)巡視器著陸區(qū)域進(jìn)行詳查，為著陸巡視器的下一步著陸做好準(zhǔn)備。

張玉花說，探測(cè)器進(jìn)入火星捕獲軌道后，經(jīng)過3-4次軌道調(diào)整，將進(jìn)入周期約兩個(gè)火星日的停泊軌道?；鹦翘綔y(cè)器會(huì)在停泊軌道運(yùn)行約75天，開展12次預(yù)著陸區(qū)成像探測(cè)，并將成像數(shù)據(jù)回傳至地面，完成著陸巡視器預(yù)選落區(qū)的預(yù)探測(cè)。

她告訴記者，在完成3個(gè)月的火星中繼任務(wù)后，天問一號(hào)火星環(huán)繞器將在近火點(diǎn)進(jìn)行制動(dòng)降軌，進(jìn)入科學(xué)探測(cè)軌道，并在該軌道上繼續(xù)運(yùn)行1個(gè)火星年，執(zhí)行火星全球遙感探測(cè)任務(wù)。

不過這一切都要等到幾個(gè)月之后才能實(shí)現(xiàn)。

北京飛控中心一位年輕的科技工作者說，第一個(gè)月，對(duì)天問一號(hào)和地面的航天人來說，都是新鮮且緊張的，天問一號(hào)猶如新生兒，每一天都處于新的位置，面對(duì)著新的環(huán)境。而航天人們則如新晉父母，要守護(hù)它，去應(yīng)對(duì)每一個(gè)可能的挑戰(zhàn)。盡管很難，但這一切都將充滿意義——濃縮在十幾個(gè)月里，見證中國(guó)的問天之路。(邱晨輝)

關(guān)鍵詞： 天問一號(hào)