过程|火星捕获制动有多难?

捕获段是火星探测器进入火星的引力范围到最终被火星捕获的阶段 , 是火星探测任务中技术风险最高、最为重要的环节之一 , 关系任务的成败 。 地外天体捕获制动是实现月球、火星等深空天体探测任务的关键 , 而捕获制动控制技术又是决定捕获制动是否成功的关键 。
【过程|火星捕获制动有多难?】专家介绍 , 当航天器进入目标天体影响球内 , 相对目标天体的轨道通常为双曲线轨道 , 因此必须进行减速机动 , 否则将沿着双曲线轨道飞离目标天体 , 这一减速机动过程称为捕获制动 。
此次火星探测任务捕获期间 , 探测器距离火星仅400千米 , 相对火星的速度却高达4至5千米每秒 。 捕获过程中 , 火星环绕器需准确进行点火制动 , 如果制动点火时间过长 , 探测器速度下降过多 , 探测器就会一头撞上火星;如果制动点火时间过短 , 探测器速度过快 , 就会沿抛物线轨迹飞离火星 。
“打个比方 , 地火转移轨道就像是一条以太阳为中心的椭圆形闭环高速 , 火星只是这条高速上的一个出口 , 一旦探测器不能及时刹车从火星出口下高速 , 那就只能多绕一圈、花费数年到下次路过该出口了 。 ”中国航天科技集团八院“天问一号”探测器副总指挥张玉花说 。
由于火星探测器从地球飞向火星的过程中能够被火星引力所捕获的机会只有一次 , 且时间仅30分钟左右 , 不能中断;捕获时探测器距离地球1.92亿千米 , 无线电通信双向延时达20多分钟 , 地面无法对这一制动过程进行实时监控 , 只能依靠探测器自主执行捕获策略 。
自2020年7月23日发射以来 , 研制团队已持续开展202天在轨飞行控制任务 , 完成四次中途修正和一次深空机动 , 开展了各种自检和功能验证工作 , 对探测器的测控通信能力、能源保障能力、自主管理能力等进行了测试 , 确保捕获制动过程涉及的功能、性能得到充分检验 。 (据新华社)

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