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天问一号|天问一号中途修正的意义何在？天问探火，独树一帜

8月2日7时0分 ， 我国首次火星探测任务天问一号探测器顺利完成第一次轨道中途修正 ， 之后继续向火星驶去 ， 这不是最后一中途修正 。 在这之后 ， 天问一号还将进行三次中途修正 ， 与一次深空机动修正 。 要知道 ， 去火星的路并不容易 。
天问一号探测器需通过霍曼转移轨道——从绕天体运行的原轨道加速进入椭圆轨道的近拱点 ， 之后惯性飞行至远拱点 ， 并在远拱点加速以此进入下一级轨道 。 反过来则可以通过两次减速进入较低轨道 ， 直至进入目标轨道 。
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我们智慧的设计师 ， 使天问一号从地球发射 ， 之后进入绕太阳飞行轨道 ， 再进入飞抵火星的轨道 ， 期间要经历多次变轨 ， 直至进入绕火星轨道 ， 形成从地球发射到火星环绕的完整连续轨道 ， 又称地球-火星转移轨道 。
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在轨道转移过程中 ， 受入轨偏差、时滞、控制精度等等多种因素影响 ， 轨道很容易出现偏差 。 更由于探测器长时间处于无动力飞行 ， 在如此长的旅程中会将微小位置速度误差会逐渐累计和放大 ， 最后的结果只能是变轨失败与火星相互错过 。 在探火失败的探测器中 ， 有一半都是因为变轨失败 ， 另一半是因为失联导致变轨失败 。 为确保探测器安全转移轨道 ， 首先要确保探测器不会偏离轨道 。 这时候 ， 中途修正就很重要了 。
当然 ， 要把探测器及时拉回正确轨道 ， 仅靠中途修正是不够 。 在探测任务过程中 ， 火星环绕器距离地面最远达到了4亿公里 ， 信号从发射到接收的一来一回要跑44分钟 ， 在这漫长的传输过程中 ， 信号衰减 ， 延时大 ， 往往无法及时依靠地面指令对探测器进行实时控制 。
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毅力号
为此美国使用了恒星扫描仪和太阳传感器 恒星扫描仪（带有备用系统）和太阳传感器使航天器通过分析太阳和其他恒星相对于自身的位置来知道太空中的位置 ， 保证自己不会飞歪 。 在巡航阶段通过两个X波段天线发送命令 ， 加强与地面的联系 。 其分别为巡航低增益天线和巡航中增益天线 。 巡航低增益天线安装在内圈内部 ， 巡航中增益天线安装在外圈内部 。
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毅力号
在飞行过程中 ， 航天器以2 rpm的旋转速率旋转稳定 。 定期旋转轴指向更新可确保天线始终指向地球 ， 并且太阳能电池板始终指向太阳 。 当航天器靠近地球时 ， 它会在巡航初期使用低增益天线 。 低增益天线的工作原理就像一个灯泡 ， 向所有方向发射信号 。 因此 ， 当航天器靠近地球时 ， 传递到地球的大部分信号都到达地球 。
当航天器远离地球而更靠近火星时 ， 从航天器的角度看 ， 太阳与地球处于相同的区域 ， 而无法保证更多的信号仅落到地球上 ， 因此 ， 航天器切换到中等增益天线 。 该天线的作用更像射灯 ， 并且可以将相同量的能量引导到更紧密的光束中 ， 仅将信号射向地球 。 就像射灯下能比普通灯泡将更多的光聚集起来并照的更远 ， 中等增益天线可以将来自航天器的数据集束到比低增益天线更紧密的光束中 。
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天问稍有不同 。 为了知道自己在哪 ， "天问"配备了光学导航敏感器和红外导航敏感器 ， 同样具备自主定位的能力 。 光学导航敏感器通过亚像素级图像处理获取火星轮廓并解算出自身位置 。 红外导航敏感器采用可见光谱段和长波红外谱段复合探测方式 ， 通过对火星凝视成像 ， 检测火星图像边缘 ， 辅助环绕器完成轨道测量 。 使环绕器能够在遥远深空中自主找到前进的道路 。
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为了为克服信号在传输中的巨大衰减、时延和空间电磁干扰等因素 。 我们的科学家成功研制了以超高灵敏度的数字化应答机和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 。 超高灵敏度的应答机让探测器在满是噪音的宇宙中找到来自地球的信号 ， 正确理解并执行来自地球的指令 。 大口径可两维驱动天线精准的将天线实时对准数亿公里外的地球 ， 尽可能多的收集那个方向上的信号并交给应答机过滤 。 同时 ， 大口径天线也有集束信号的能力 ， 将探测器在火星探查的所有信息射向地球 。
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我们难以比较两种方法孰优孰劣 ， 但只要能到达火星那就是好方法 。 时间会证明一切 ， 让我们拭目以待为"天问"加油 。
【天问一号|天问一号中途修正的意义何在？天问探火，独树一帜】#天问一号完成第一次轨道中途修正#


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