天问一号|“天问一号”剑指火星，推动我国探火大跨越
我国首次火星探测任务——行星探测工程“天问一号”任务即将拉开大幕 。 经过多年的准备 ， “天问一号”已抵达海南文昌航天发射场 ， 静候发射窗口的来临 。
虽然“天问一号”只是我国头一次进行行星探测任务 ， 但此次任务目标可不小 ， “天问一号”将一次性完成对火星的环绕、着陆、巡视三大任务 ， 假使任务成功 ， 那么这将成为全球首次融合火星环绕与着陆巡视的火星探测任务 。
【天问一号|“天问一号”剑指火星，推动我国探火大跨越】那么 ， “天问一号”为了实现这一壮举准备了哪些设备？“天问一号”又将如何逐一完成“绕、落、巡”三项任务？
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“天问一号”探测器 。央视新闻 图
四年磨一剑
“天问一号”的名词源于战国时期诗人屈原的长诗"天问" ， 新华社此前报道称 ， 这一名字表达了追求真理的坚韧与执着 ， 体现了对自然和宇宙空间探索的文化传承 ， 寓意探求科学真理征途漫漫 ， 追求科技创新永无止境 。
“德国之声”（DW）7月4日刊文指出 ， “天问一号”是一项雄心勃勃的太空任务 ， 不仅是因为它配备轨道飞行器和火星探测器 ， 将一次性完成"绕、落、巡" ， 而且因为这项任务从正式立项到执行只经过四年的时间 。
《解放军报》7月10日报道称 ， 中国航天为“嫦娥四号”探月付出了10余年、4个型号任务的不懈努力 ， 才得以成功跨越了38万公里的距离登陆月背 。 而与之相比 ， “天问一号”只用了登月任务四分之一的准备时间 ， 却要在一次任务内穿越1000多倍于地月的距离 ， 达成“绕、落、巡”三大目标 ， 完成跨越式突破 。
要想实现如此壮举 ， “天问一号”必定要面对更多更新的难题 。 为此 ， 北京航天飞行控制中心（简称北京中心）的任务型号团队采用了多项高新技术 。
首当其冲便是超大变时延开环控制技术 。 鉴于火星探测器距离地球最远达4亿公里 ， 一个信号就算以光速往返地球与航天器之间 ， 用时也将高达44分钟 ， 因而超大的时间延迟让地面无法沿用以往任务中的实时控制模式 。 为了突破这一“瓶颈” ， 北京中心采用超大变时延开环控制技术 ， 设计了全新的超远距离测站捕获模式 ， 该技术可以压缩地火时空距离 ， 便于向探测器下达任务指令 。
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“天问一号”搭载的火星车正式公布
除此之外 ， 为了全面掌握“天问一号”的位置 ， 此次任务还采用了地火空间精密定轨与预报技术 。
任务型号团队设计了首次火星任务轨道动力学公用库和精密定轨原型软件 ， 以仿真打靶的方法完成全过程定轨预报精度分析 。 他们还利用执行探月任务的“嫦娥二号”拓展试验数据 ， 验证了地火转移段的部分轨道精度 ， 确认了当前模型的算法设计能够满足任务轨道确定的精度 。
上述两项技术在“天问一号”飞往火星中便会派上用场 ， 而在登陆火星后 ， 此次执行巡视任务的火星车（即着陆巡视器）为了实现精准遥控 ， 也采用了创新性的遥控操作任务规划技术 。
虽然火星车具有一定的自主能力 ， 但是它要前往的目的地、选择的路径以及路途中的各种动作 ， 都需要地面工作人员提前告诉它 。 在这方面 ， 操作团队就要扮演好“先知”的角色 ， 通过对当前火星车所处环境的掌握、分析和规划 ， 预测路径的安全性 。
为何选择今年七八月发射？
中国国家航天局7月17日表示 ， “天问一号”计划由中国自产的“长征五号”系列运载火箭搭载 ， 在7月下旬到8月上旬择期于海南文昌航天发射中心发射 ， 目前的预定时间是7月23日 ， 具体时间视天气状况等发射条件而定 。
美国Axios新闻网站7月14日分析称 ， 中国并非近期唯一一个发射火星探测器的国家 ， 阿拉伯联合酋长国已在20日发射了“希望”号火星探测器 ， 而美国也将在7月30日发射“毅力”号火星车 。
之所以三国选在2020年夏天集体发射火星探测器 ， 是因为地球和火星的公转周期不同 ， 两个行星大约每18个月到24个月“相遇”一次 ， 此时地球与火星之间的距离最近 。 在此火星探测发射窗口期 ， 从地球上发射火星探测器可以缩短抵达火星所需的时间 ， 原本需要9个月的航程此时只需6个月左右便可完成 ， 如此一来就可节省燃料 ， 从而降低“探火”成本 。 也正因如此 ， 多个国家在今年7月至8月迎来的火星探测发射窗口期发射火星探测器 。
假使此次发射成功 ， 那么“天问一号”将在2021年2月抵达火星 ， 开始执行火星探测任务 。
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火星车正面照
在火星上干什么？
《解放军报》报道称 ， 在进入火星引力影响球后 ， “天问一号”环火轨道后 ， 发动机将点火进行近“火”制动 ， 将探测器的飞行速度降下来 ， 俯下身段 ， 让火星捕获 。 一旦被火星成功捕获 ， 探测器就会在环火轨道上运行 ， 成为一颗绕“火”卫星 。 接着 ， 探测器就开始进入火星停泊段 。
火星停泊段并不是停泊在火星轨道上不动 ， 而是在一个极轨道上绕“火”飞行 。 这个阶段要持续几个月 ， “天问一号”将在此期间使用地面控制环绕器上的高分相机对首选着陆区进行详细勘察 ， 并拍照成像 ， 供火星车之后着陆 。 目前可能的着陆区域为火星上最大的平原——乌托邦平原上的两个初步站点 。
据悉 ， 火星车重量约为200公斤 ， 由太阳能板供电 。 假使其在火星北半球降落 ， 供电系统可能会因阳光强度不足而受到影响 ， 所以比较理想的情况是在赤道附近着陆 。
在敲定登陆区域后 ， “天问一号”将降轨转入两器分离阶段 ， 即环绕器与着陆巡视器（火星车）分离 ， 着陆器离轨着陆 。
“德国之声”刊文指出 ， “天问一号”火星探测器上装载了13个有效载荷 。 在此次的任务中 ， 有效载荷是指任务所使用的设备 ， 如在“天问一号”在火星表面着陆后 ， 火星车配备的探地雷达（SPR）就是一个有效载荷 ， 探地雷达的主要功能是调查火星地表下的土壤 ， 侦测其厚度及组成成分 。
火星车将以雷达探索地面 ， 进行土壤化学分析并寻找生物分子及生物信号 。 除了使用探地雷达 ， 火星车还搭载了其它设备 ， 包括火星地表磁场探测器和气候探测仪 ， 以此获取火星探测数据 。
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