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火星卫星|“地月合影”惊艳亮相 火星环绕器还有哪些独特本领

火星卫星|“地月合影”惊艳亮相 火星环绕器还有哪些独特本领
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2020年7月27日 ， 天问一号探测器在飞离地球约120万公里处 ， 利用光学导航敏感器拍摄的黑白地月合影 。 左侧为地球 。 （国家航天局供图）
【火星卫星|“地月合影”惊艳亮相 火星环绕器还有哪些独特本领】人民网北京7月30日电（赵竹青）7月27日 ， 天问一号火星探测器通过其上的光学导航敏感器 ， 在距离地球家园120万公里处回望 ， 拍下了地月合影的珍贵一幕 。 在这幅黑白合影图像中 ， 地球与月球一大一小 ， 均呈新月状 ， 在茫茫宇宙中交相辉映 。
“天问一号”火星探测器系统由环绕器和着陆巡视器组成 。 随着地月合影的惊艳亮相 ， 集诸多本领于一身的火星环绕器也率先进入公众视野 。 它有哪些独特之处？又将带着怎样的使命飞向火星？
火星卫星|“地月合影”惊艳亮相 火星环绕器还有哪些独特本领
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“天问一号”火星探测器模拟图 ， 由环绕器和着陆巡视器组成（探测器抓总研制单位航天科技集团五院提供）
环绕器将经历三次“变身”
此次火星探测任务 ， 分为“绕、着、巡”三步走 。 采访人员从负责火星环绕器总装、集成和试验任务的中国航天科技集团所属上海航天八院812所获悉 ， 在这三个过程中 ， 环绕器将经历三次“变身” 。
约七个月的飞行过程中 ， 环绕器首先作为飞行器 ， 将着陆巡视器送至火星着陆轨道；待成功释放着陆巡视器后 ， 环绕器作为通信器 ， 为着陆器建立与地球之间中继通信链路；通信工作结束后 ， 环绕器作为科学探测器对火星进行遥感探测 。
飞行时间长 ， 面临环境差 ， 控制要求高 ， 空间动作繁 ， 这是属于环绕器的四大“特点” ， 不仅任务繁重 ， 其难度也是空前 。
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“天问一号”火星探测器建立对地姿态模拟图（探测器抓总研制单位航天科技集团五院提供）
光学导航：它有一双明亮眼睛
刚刚“出炉”的地月成像,由环绕器上的光学导航敏感器自主曝光拍摄完成 。
据了解 ， 光学导航敏感器可以在飞近火星的过程中通过对火星成像 ， 利用火星图像计算火星的形心位置和视半径大小 ， 结合估计算法获取探测器相对于火星的实时位置和速度信息 。
“光学导航敏感器就好比探测器的‘眼睛’ 。 ”八院控制所光学导航专家打了个比方 ， “有了这双明亮的‘眼睛’ ， 探测器也就有了自主能力 ， 可以自己看着飞向目的地了 。 ”
据介绍 ， 这是支撑我国未来进一步走向宇宙更远空间的重要技术之一 。 与传统的无线电导航不同 ， 光学自主导航可以通过图像目标识别和特征提取 ， 完成位置、速度等导航信息的获取 。
也就是说 ， 这一“千里眼” ， 最远可以在1000万公里的距离识别火星 ， 还能自主适应火星从点目标到面目标、从弱目标到强目标的火星图像提取 ， 从而实现即使没有外部导航信息 ， 也能够在深空飞行中自主找到前进的道路 。
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“天问一号”火星探测器天线、太阳翼展开模拟图（探测器抓总研制单位航天科技集团五院提供）
天线展开：精雕细刻的“敏感神经”
发射当日 ， “长征五号”火箭升空后的第37分钟 ， 便迎来了星箭分离的重要时刻 。 此时 ， 火星环绕器的太阳翼和各类天线便逐步启动展开模式 。
“火星环绕器共有7个种类12个活动部件 。 ”火星环绕器主任工艺师张则梅介绍 ， 这12套机构的各式花样展开 ， 完全由八院812所首次独立承担 。
火星环绕器活动机构和天线展开不仅多 ， 而且都很长 。 最长的高增益定向天线长达2.5米 ， 安装时需要折叠六次 ， 这也成为环绕器总装过程中最难啃的一块骨头 。
火星环绕器总装主岗王利民告诉采访人员 ， 在初样阶段 ， 试验过程中发现了天线展开后无法正常合拢的问题 ， 主要原因是精度不够 。 总装团队立即行动 ， 再次复核数据、优化软件算法 ， 量身定制工装 ， 从早到晚忙碌不停 ， 终于解决了这个难题 ， 大家紧锁的眉头再次展开 。 经过初正样多次装配验证 ， 平衡精度达到了万分之五 。
型号调度王克寒说 ， 环绕器的天线长 ， 为保护其在展开后不受损坏 ， 在天线安装过程中 ， 操作人员从不停歇 ， 一站就是一整天 ， 甚至通宵达旦 。 在他们的细心呵护下 ， 火星环绕器也从一个个零部件逐步成长为“国之重器” 。
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“天问一号”火星探测器研制现场（探测器抓总研制单位航天科技集团五院提供）
层层“外衣”：冰火两重天的考验
采访人员了解到 ， “天问一号”从地球飞往火星需要7个月的时间 ， 加上停泊火星轨道的3个月 ， 在火星车开始工作之前 ， 火星环绕器需要独自工作10个月 。
在如此长的时间里 ， 它将经历一系列太空中极端环境的考验 。 为了确保火星环绕器在低温下正常工作 ， 对它的“着装”要求非常严格 。
负责卫星热控实施的工艺师蒋谌立告诉采访人员 ， 低温下穿的“衣服”被称为热控隔热组件 ， 业内称低温多层 ， 均采用自动缝纫机床及裁割机完成 。 火星环绕器由于其舱体结构大 ， 它的“衣服”面积达到了30平方米 ， 是一般卫星的2倍 。
“天问一号”不仅要面对低温考验 ， 还要经得住高温 。 火星环绕器使用的是目前国内最大的SAST9000平台 ， 安装了3000N的大推力发动机 ， 发动机工作时温度可达上千摄氏度 。 这对发动机附近的温度防护提出了很高的要求 。
“中高温多层使用的是不锈钢箔及铝箔 ， 边缘锋利 ， 加工及安装难度非常大 ， 极易割伤操作人员 。 ”蒋谌立介绍说 ， 为了保证操作安全 ， 安装前 ， 操作人员需穿戴防护服、防割手套和护目镜 ， 先在多层标注安装孔位置进行预装 ， 逐个打好孔后再用不锈钢丝穿套安装 。
在他看来 ， 操作人员宛如工艺大师在精心雕琢着“艺术品” ， 每一个角度、每一个缝隙都分毫不差 。
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“天问一号”火星探测器研制现场（探测器抓总研制单位航天科技集团五院提供）
仿真模拟：千百次的锤炼
每一个航天器在诞生前 ， 可以说都是经历过“千锤百炼”的 ， 也就是说 ， 在正式“飞天”之前 ， 必须要经过无数次地面仿真模拟试验 ， 提前反复验证 ， 尽力确保万无一失 。
据812所试验中心副主任张利介绍 ， 火星环绕器很重也很“胖” ， 测点、通道、工况多 ， 试验时间跨度长 ， 与振动台连接状态需按要求不断调整 ， 仅初样期间的一次振动测试 ， 其加速度和应变测量通道就高达372个 。
尤其在试验过程中工况切换时 ， 产品外观、紧固件、试验设备、试验数据、试验结果都要进行检查确认 。 “为了确保试验成功 ， 试验人员在试验前、试验中、试验后都严格检查产品状态 ， 质量控制、安全控制一个环节也不能少 。 ” 张利说 。
在一代代中国航天人的努力下 ， 5500万公里外的火星终于不再遥不可及 。 而“天问一号”所走的路 ， 也将注定是一段不同寻常的旅程 ， 见证着中国航天一步一个脚印 ， 想着梦想迈进 。


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