新華社北京10月9日電 10月9日，在我國首次火星探測任務(wù)飛行控制團(tuán)隊(duì)努力下，“天問一號”探測器順利完成深空機(jī)動。至此，探測器的飛行軌道變?yōu)槟軌驕?zhǔn)確被火星捕獲的、與火星精確相交的軌道。截至深空機(jī)動前，“天問一號”已飛行超過78天，距離地球超過2900萬公里，目前探測器各系統(tǒng)狀態(tài)良好。對我國首次火星探測任務(wù)而言，此次深空機(jī)動意義重大。
什么是深空機(jī)動？與軌道修正有何區(qū)別？
深空機(jī)動是指在地火轉(zhuǎn)移段實(shí)施的一次變軌機(jī)動。中國航天科技集團(tuán)八院火星環(huán)繞器團(tuán)隊(duì)專家表示，通過深空機(jī)動可以改變探測器原有的飛行速度和方向，使其能夠沿著變軌后的軌道順利飛行至火星。
專家介紹，執(zhí)行深空機(jī)動是運(yùn)載火箭入軌彈道和地火轉(zhuǎn)移軌道聯(lián)合優(yōu)化的結(jié)果，能夠提升運(yùn)載的發(fā)射能力、增加探測器的發(fā)射質(zhì)量，使探測器可以攜帶更多的推進(jìn)劑，更好地完成探測任務(wù)。
此前，“天問一號”已完成兩次軌道中途修正。專家表示，與速度增量較小、發(fā)動機(jī)工作較短的常規(guī)中途修正不同，深空機(jī)動過程中，探測器由發(fā)射入軌的逃逸轉(zhuǎn)移軌道變軌為精確到達(dá)火星的軌道，速度增量大、發(fā)動機(jī)工作時(shí)間長，對探測器控制和推進(jìn)系統(tǒng)提出了極高要求。
如何實(shí)現(xiàn)深空機(jī)動？
執(zhí)行深空機(jī)動任務(wù)需要飛行控制團(tuán)隊(duì)根據(jù)預(yù)定到達(dá)火星時(shí)間、軌道參數(shù)與即時(shí)測控定軌參數(shù)制定深空機(jī)動變軌策略，完成對應(yīng)的探測器姿態(tài)和軌道控制，確保探測器在深空機(jī)動后處于與火星精確相交的軌道上。
“‘天問一號’在跑，地球在跑，火星也在跑。目前‘天問一號’已經(jīng)距離地球超過2900萬公里，我們互相之間的時(shí)延已經(jīng)比較大了，所以很多動作都要靠我們事先設(shè)計(jì)和探測器自己完成，這些都具有難度和挑戰(zhàn)。”我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器副總指揮張玉花說。
為了完成地面測控的精密定軌和探測器上精確自主的軌道控制，此次深空機(jī)動中，地面對探測器的定軌任務(wù)由我國深空測控站和天文臺共同完成，準(zhǔn)確保證了探測器變軌的精密定軌需求。為了能夠精確自主控制軌道，火星環(huán)繞器裝備了具備故障識別與自主處理能力的計(jì)算機(jī)，充分保證了軌道控制的精度和可靠性。
深空機(jī)動對火星探測好處多
據(jù)悉，通過使用深空機(jī)動進(jìn)行軌道設(shè)計(jì)和軌道控制，不但成功增加了探測器的推進(jìn)劑攜帶量，還實(shí)現(xiàn)了三方面目標(biāo)。
首先，深空機(jī)動將一個(gè)大的捕獲速度增量分解為兩次相對較小的速度增量，有利于減小發(fā)動機(jī)單次工作時(shí)間，保證發(fā)動機(jī)工作的可靠性。同時(shí)，深空機(jī)動的實(shí)施有利于3000N發(fā)動機(jī)的標(biāo)定，過程中可對3000N發(fā)動機(jī)進(jìn)行推力和比沖標(biāo)定，而精確的發(fā)動機(jī)標(biāo)定參數(shù)可以更好地確保火星捕獲的精度。
此外，通過深空機(jī)動，八院火星環(huán)繞器研制團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對探測器到達(dá)時(shí)間的優(yōu)化，能夠得到更加有利的捕獲點(diǎn)處的光照條件和通信條件，也使捕獲時(shí)探測器經(jīng)歷的火影時(shí)間（探測器進(jìn)入太陽光被火星遮擋的陰影區(qū)）和通信盲區(qū)時(shí)間更短。
3億公里之遙精確瞄準(zhǔn) 精度優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)
此次深空機(jī)動中，環(huán)繞器距離瞄準(zhǔn)的火星位置約3億公里，誤差控制約200公里，這相當(dāng)于從北京到上海約1200公里的距離中瞄準(zhǔn)一個(gè)直徑約0.8米的目標(biāo)，難度可想而知。
在飛行控制團(tuán)隊(duì)的不懈努力下，此次深空機(jī)動控制的實(shí)際精度優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。后續(xù)，工作人員將根據(jù)探測器實(shí)際飛行狀態(tài)，迭代優(yōu)化中途修正策略，利用中途修正持續(xù)對到達(dá)火星的軌道進(jìn)行精確修正，確保探測器能夠按計(jì)劃準(zhǔn)確進(jìn)入火星捕獲走廊，被火星引力捕獲進(jìn)入環(huán)火軌道，開展著陸火星的準(zhǔn)備和后續(xù)科學(xué)探測等工作。