天问一号探测器进入火星轨道：生死10分钟、地狱级难度-火星,天问一号

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2021年2月10日19时52分，中国航天再次迎来一个历史性的时刻！

经过长达七个月、累计202天、4.75亿公里的漫长飞行之后，中国第一次火星探测任务“天问一号”探测器精准实施近火捕获制动，成功进入近火点高度约400千米、周期约10个地球日、倾角约10º的大椭圆环火轨道，成为我国第一颗人造火星卫星。

所谓火星制动捕获，就是高速飞行的火星探测器在靠近火星时，主发动机长时间点火进行“刹车”，使探测器以大速度增量减速，从而能够被火星的引力场所捕获，进入环绕火星运行的轨道。

制动捕获堪称是火星探测任务中技术风险最高、技术难度最大的环节之一，因为制动捕获的机会是唯一的，而且时间紧迫，控制难度极大。

在捕获过程中，探测器发动机的点火时机、时长都必须分秒不差，才能进入理想的目标捕获轨道。

如果探测器“刹车”太晚或是时长不够，就会飞越火星，继续围绕太阳公转，只能等待数年时间之后的下一个“制动窗口”。

如果探测器“刹车”太早或是“太急”，就有可能直接撞上火星。

天问一号拍摄的地月合影

天问一号传回的第一张火星照片

在此之前，前苏联、美国、日本的火星探测任务都曾倒在“火星捕获段”遭遇失败。

1974年，前苏联火星4号在距离火星表面2200公里处制动发动机失效，与火星擦肩而过。

1999年，美国火星气候轨道器星在实施火星制动捕获时，轨道高度低于设计值，探测器进入火星大气层被烧毁。

2020年，日本希望号火星探测器因为通信和电子系统损坏，制动捕获失败。

2010年12月，日本拂晓号金星探测器发动机故障，直接飞越金星，直到2015年12月才回到金星附近并捕获成功，但已经到了寿命末期。

天问一号探测器的目标轨道距离火星最近只有400公里，而接近火星时的速度已高达28千米/秒，3000N轨道控制发动机必须在有限的轨道弧段上，在10分钟的时间内，将自己的速度降低到大约1千米/秒。

这个阶段，天问一号距离地球达1.92亿公里，与地面通信的单向时间延迟就超过10.7分钟，因此必须完全自主完成发动机的点火和关机，并克服发动机点火期间的扰动，实现点火方向、时长的精确控制。

天问一号设计了器务自主管理器双大脑、姿轨控计算机三核心、测控通信多通道切换策略、发动机双关机策略、3000N和120N发动机双重保险等多项技术，极大地提升了系统的可靠性，确保制动捕获成功。

成功实施火星制动捕获，标志着中国首次火星探测任务“绕、落、巡”三大目标中的环绕目标顺利达成，为后续探测器的着和巡视任务的顺利实施奠定了基础。

天问一号在后续的几个月内还将进行多次轨道调整，进入火星停泊轨道，开展预选着陆区探测，计划于2021年5月实施火星探测之旅中的另一项关键动作——环绕器和着陆巡视器“两器分离”，最终实现火星着陆，开展巡视探测。

“两器分离”环节需要探测器在约3个小时内首先变轨到存在撞击火星风险的轨道上，建立并保持着陆器进入火星大气所需要的姿态，而且姿态误差必须小于0.01度。

到了预定分离的时刻，环绕器与着陆器必须迅速完成分离，而在经过安全距离飘飞过程后，环绕器需要立马完成推力加速，回到安全的环绕火星轨道上。

这一过程中，无论是“降轨”还是“升轨”，都需要对时间有精准的把控，太早难以保证着陆器进入精度，太晚则会导致环绕器撞击火星的风险。

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责任编辑：上方文Q

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