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上观|上海航天多项技术突破助力“天问一号” 火星捕获这脚“刹车”大有学问

：原题为_上观|上海航天多项技术突破助力“天问一号” 火星捕获这脚“刹车”大有学问。
我国首次火星探测任务“天问一号”开启火星之旅 。 由于地火位置不断变化 ， 这次任务不但要抓住26个月才会出现一次的发射窗口 ， 而且火星探测本身也充满着挑战 。
截至目前 ， 人类已对火星实施了44次探测任务 ， 仅成功24次 。 “天问一号”探测器系统副总指挥兼环绕器总指挥张玉花接受采访人员采访时表示 ， 为保证我国首次自主火星探测任务顺利实施 ， 中国航天科技集团上海航天技术研究院火星环绕器研制团队针对关键难点逐一突破 ， 通过一系列技术创新 ， 填补我国在深空探测技术领域的多项空白 。
“刹车”要踩得刚刚好
利用长五火箭助推 ， 探测器获得摆脱地球引力的能量 ， 使用精心设计的地火转移轨道 ， 探测器能最终抵达火星附近 。 但此时 ， 如何成功被火星引力场捕获 ， 是整个任务技术风险最高的环节 。 如果捕获失败 ， 探测器将会与火星擦肩而过 。
张玉花说 ， 在火星探测器从地球飞向火星的过程中 ， 能被火星引力所捕获形成环绕轨道的机会仅有一次 。
为确保制动捕获成功 ， 上海航天人研制了一系列“利器” ， 如星务处理器双大脑、姿轨控计算机三核心、“时间—加速度”双关机策略、3000牛发动机和8台120牛推力器两重保险等 。 在捕获过程中 ， 火星环绕器要准确地进行点火制动 ， 又被称为“踩刹车” 。 “这脚刹车大有学问 ， 早了、晚了、深了、浅了都不行 ， 只有时机和时长分秒不差 ， 才能形成理想的捕获轨道 。 ”张玉花说 ， 踩刹车的时机确定 ， 依赖于精确的轨道预报和精准的器地校时 ， 踩刹车的时长取决于发动机和控制系统工作的可靠性 。
练就“听声辨位”本领
探测任务过程中 ， 火星环绕器距离地面最远时达4亿千米 ， 地面测控信号到达环绕器最长需22分钟 ， 一来一回的“对话”则要44分钟 。
上海航天技术研究院科研三部副部长葛钊表示 ， 漫长的传输过程中 ， 信号衰减极大 ， 到达接收端的信号微弱 ， 时延是月球探测器的1000倍 。 为此 ， 研究团队成功研制了以超低灵敏度的数字化应答机、大口径可两维驱动天线为核心的X频段测控数传一体化测控系统 。
超低灵敏度的应答机让环绕器练就“听声辨位”本领 ， 能在噪声中准确捕捉到微弱的有用信号 ， 正确解析并执行地面指令 。
大口径可两维驱动天线 ， 让环绕器拥有“顺风耳” 。 通过精准的两维指向控制 ， 将天线实时对准数亿公里外的地球 ， 尽可能多地收集信号能量并传递给应答机 。 大口径天线还有“聚音成束”功能 ， 将环绕器在火星看到的、感知到的信息传到地球 。
深空中自己找路
与地球卫星不同 ， 火星环绕器由于距离远、通信延时大 ， 往往来不及依靠地面指令对探测器进行实时处理 。 同时深空探测器与地面站通信存在独特的“日凌”现象 ， 即当探测器、地球和太阳位置处于同一直线时 ， 太阳辐射会干扰地火之间的射频信号传输 ， 导致通信中断 。 本次火星探测任务最长“日凌”达30天 。
【上观|上海航天多项技术突破助力“天问一号” 火星捕获这脚“刹车”大有学问】“日凌”期间 ， 环绕器要依靠自身完成任务管理 ， 并在出“日凌”后迅速自主与地面恢复联系 。 上海航天804所主管设计师秦奋说 ， “火星环绕器在太空中 ， 就像轮船漂泊在茫茫大海上 ， 不同的是太空中没有北斗导航 ， 也没有GPS 。 ”除地面无线电导航支持外 ， 环绕器配备了光学导航敏感器和红外导航敏感器 ， 具备自主定位能力 。


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