「天問一號」開啟環繞火星之旅　引力影響下「精準剎車」最關鍵

「天問一號」探測器早前傳回首幅火星圖像，於2月10日完成「近火制動」，開啟環繞火星之旅。
事實上，「近火制動」是火星探測過程中的重要節點之一，並且有一定風險，包括制動捕獲只有一次機會，制動的時機、時長、力度等都必須十分精準。
此外，天問一號抵達火星時與地球距離遠，通訊延時長，地面無法實時監視和控制，整個制動過程必須由其自主完成，對自主控制有很高要求。

據中國航天科工集團二院研究員楊宇光介紹，按照軌道動力學規律，當航天器接近一個天體時，如果不採取任何措施，航天器將與天體擦肩而過，整個過程形成一個雙曲線軌道。在接近過程中，航天器受天體引力影響，速度會愈來愈快，在距離最近時達到峰值。如果此時航天器不制動，它會逐漸遠離，速度慢慢下降，最後擺脫引力飛離天體。如果想從轉移軌道進入環繞天體運行的軌道，航天器就必須實施制動減速。

全國太空探測技術首席科學傳播專家龐之浩亦表示，天問一號實施制動減速時，要先調整飛行姿態，將引擎噴管朝向前方，等時機恰當時點火開機，以此降低速度，整個制動過程的控制必須十分精準，「只有剎車時機和時長都分秒不差，才能形成理想的捕獲軌道。」

楊宇光並提到，制動捕獲有一個原則，軌道愈低，引擎愈省能量，效率也就越高。但對於距離上億公裡的火星，航天器的位置測量和控制都可能出現誤差，如果制動點的軌道高度過低，可能導致其撞向火星表面。同時，航天器並不是在某一個點把速度降到多少，而是在一個飛行弧段內持續減速，制動點火的時間需要精密計算和精準控制。如果制動時間過長導致制動力度過大，也會面臨墜毀的風險。

值得一提是，中國在歷次探月任務中，嫦娥系列探測器均圓滿完成「近月制動」，但天問一號所面臨的「近火制動」，卻之有所不同，最顯著的區別源自距離。地球與月球之間的平均距離約為38.44萬公裡，對於測控通訊來說，延時不過約1秒鐘。但天問一號實施「近火制動」時，地球與火星的距離超過1.8億公裡，單向通訊延時長達10分鐘以上。

楊宇光指，因此自主控制絕非只靠地面準備指令、航天器執行就能完成，要大量依賴於測量手段。為了確保測量準確，在執行關鍵動作的航天器上都有多個傳感器，通過多種途徑和不同手段，結合地面測量數據，判斷測量結果是否精確。在執行指令時，也會通過傳感器來反饋執行情況。當遇到意外情況，來不及等待地面處理時，航天器也會自行判斷，然後按照預案自行應對。

（綜合報道）