轨道|有那么30多分钟，我们完全没有天问一号的消息_进行了|地球|飞行|图片|来源

文观察者网专栏作者石豪
科研工作者、航空航天观察者
这个春节，来自1.92亿公里外的一声“春节快乐” ，在全世界面前展现了中国科技的新高度。
这声问候，是已经飞行了200余天的“天问一号”发出的。
北京时间2021年2月10日19时52分， “天问一号”火星探测器成功实施近火捕获制动，顺利进入大椭圆火星轨道。我国首次火星探测任务的“绕、着、巡”胜利完成第一步——“绕” 。
火星，这颗千百年来承载了人类太多梦想与期盼的红色星球，终于迎来了第一颗中国卫星。
奔火之路
天问一号探测器是2020年7月23日，由长征五号运载火箭自文昌发射升空的。凭借长征五号强大的运载能力，重达5吨的天问一号探测器组合体被直接加速到超过11.2千米/秒的地球逃逸速度，摆脱地球引力进入地火转移轨道，成为绕太阳公转的人造卫星。
这是中国运载火箭首次超越第二宇宙速度。

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天问一号发射瞬间。图片来源：新华社
在飞向火星的过程中，天问一号进行了一次轨道机动和四次轨道修正，每一次都有自己特殊的作用在其中。
探测器在发射后是按照预定轨道在太空中飞行的，为了减少实际轨道与预定轨道的偏差而采取的轨道控制叫“轨道修正” ，一般来说只要入轨精度够高，轨道修正需要消耗的燃料都比较少。
“轨道机动”则是让探测器进入新轨道而采取的轨道控制，当然这并不是说探测器出了问题需要临时变道，而是早在任务设计中就确定的。
一般来说，如果探测器的发射行星和目标行星处于同一个平面上，那通过最简单的共面转移就能抵达，这就是航天动力学中著名的“霍曼转移”（Hohmann Transfer）。

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霍曼转移示意图。图片来源：Robert A. Braeunig
但火星绕太阳公转的平面与地球公转平面（黄道面）并不吻合，带有一个小的夹角，因此地球火星之间的转移轨道就不在黄道面上，而是三维立体的。

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地火非共面转移示意图。图片来源：Robert A. Braeunig
这也正是天问一号进行轨道机动的原因， 2020年10月9日，天问一号的3000N主发动机点火480多秒，顺利完成深空机动，保证了探测器能够准时与火星交会。

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天问一号深空机动示意图，可以看到天问一号的转移轨道与火星有一个小夹角。图片来源：国家航天局
而深空机动的完美实施，离不开科学家为天问一号安排的轨道修正。
天问一号是一个重达5吨的大家伙，包含轨道器、着陆器和巡视器，配备了3000N主发动机、多台120N和25N发动机，在世界各国的第一颗火星探测器中是质量最大、功能最多、设计最复杂精妙的，没有之一。

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天问一号探测器。图片来源：人民网
为了能让天问一号的多种发动机精确工作，就需要在轨对发动机的实际性能和工况进行精确测量和标定。 2020年8月2日，天问一号第一次轨道修正， 3000N主发动机首次点火工作，并进行了性能实测；9月20日，天问一号第二次轨道修正， 4台120N发动机同时点火工作，在轨验证了发动机的实际性能；10月28日，天问一号第三次轨道修正， 8台25N发动机同时点火工作，并对发动机性能进行了在轨标定。
这样，在进入火星轨道之前，所有姿轨控发动机都进行了实际点火与标定，探测器会根据实测数据对点火时间进行微调，保证天问一号的精准飞行。
可以说，万事俱备，只待“刹车” 。
完美刹车
2021年2月5日，天问一号进行了第四次轨道修正，此时探测器在茫茫太空中累计飞行了4.65亿千米，距离地球1.84亿千米，距离火星仅110万千米。国家航天局也发布了天问一号在距离火星220万千米处获取的第一幅火星图像。

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天问一号的第一幅火星图像。图片来源：国家航天局
行百里者半九十。别看距离火星已经近在咫尺，但天问一号毕竟还是一颗绕太阳飞行的人造卫星，速度过快。如果不及时踩一脚刹车，探测器将与火星擦肩而过， “一失足成千古恨，再回首已百年身” 。
但刹车太早也不行。如果急着踩刹车的话，探测器很容易过度减速，导致近火点与火星表面太近。别忘了，火星表面是有大气的，探测器离得太近会进一步失去速度从而坠毁在火星上，甚至可能直接被火星大气破坏。
时机很重要，机会只有一次。
【轨道|有那么30多分钟，我们完全没有天问一号的消息】所以天问一号要在快绕到火星“背面”的时候开始制动捕获点火， 3000N主发动机全力输出，工作时间长达15分钟，以至于关机时探测器已身处阴影区，从地球看去被火星完全遮挡。
这个时候，我们在地球上完全无法获得天问一号的消息。
更为关键的是，天问一号离我们已经太远了，远到自然界的速度极限——电磁波也需要近10.7分钟才能抵达地球，我们接收到的信号，都是探测器11分钟以前发出的。
在航天工程中，有时候几毫秒的延迟都是不可接受的，更何况10.7分钟， “Ping太高了” 。
一切只能靠天问一号自己。
2021年2月11日20时50分许，地面测控中心准时收到来自飞出阴影区的天问一号的消息。经过确认，天问一号探测器已经进入近火点高度约400千米、远火点高度约180000千米、周期约10个地球日、轨道倾角约10°的大椭圆环火轨道，成为火星的一颗人造卫星。
举国欢腾。
辛丑新说
2021年是农历辛丑年。
提到辛丑，我们一定不会忘记120年前的那个辛丑年。
自1840年鸦片战争起，中国开启了一段屈辱的历史，西洋东洋，列强纷纷染指，中国在半殖民地半封建的道路上一路沉沦，人民在痛苦中挣扎。
但我们从来不缺乏斗争精神，从轰轰烈烈的太平天国运动，到风起云涌的义和团运动，神州大地处处是垂死的人民最后的吼声。
终于，列强决定彻底瓜分中国，英美法德俄日意奥组成的“八国联军”打进北京城，烧杀抢掠， “老佛爷”仓皇出逃。
杀够了，抢够了，又换上一副文明人的脸孔，说“这是你们中国人讨打，我们是来给尔等野蛮人传播先进文明，你们讨打必然挨打” 。
于是，《辛丑条约》。
按照条约，一切坏事都是中国的，中国得赔钱，四万万五千万两白银，本息共计九万万八千万两。
东交民巷是列强使馆界，风可进雨可进，中国人不许进。
对了，还要严禁人民参加反对列强的活动。
“爱国，有罪” 。

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“辛丑条约”签订现场。图片来源：北京青年报
斗转星移，世事有新说。
又是一个辛丑年，就在辛丑年的春节联欢晚会上，来自航天五院的四位总设计师带着嫦娥五号返回器精彩亮相，向祖国汇报，被网友们评为春晚的“全场最佳” 。

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四位总师亮相春晚。图片来源：央视新闻截图
120年前，旧中国割地赔款，丧权辱国，国宝蒙尘，荧惑守心。
120年后，新中国不仅能够从侵略者后代手中追回国宝，还能够把自己的探测器送到火星。
天问一号入轨火星，正是辛丑新年最好的贺礼。
因为，西方侵略者几百年来只要在东方一个海岸上架起几尊大炮就可霸占一个国家的时代，一去不复返了。
来源|观察者网
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