2月10日晚间 ， 天问一号火星探测器抵达火星 ， 顺利实施制动点火 ， 正式成为火星的人造卫星 。
在此次环绕器地火转移旅途以及完成制动捕获的过程中 ， 作为与外部接口最多、承担任务最为复杂的综合电子分系统 ， 发挥了至关重要的作用 ， 是探测器的“大脑” ， 而作为探测器“眼睛”——工程监测系统 ， 则可让大家目睹天问一号抵达火星这一重要时刻 。
【火星|天问·探路火星｜入轨！“最强大脑”和“火眼金睛”立大功】
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天问一号顺利实施制动点火 ， 进入环火轨道效果图 。 本文图片来源：航天科技集团八院
综合电子分系统：“最强大脑”负责重要工作
作为信息中枢 ， 综合电子分系统负责火星环绕器全部信息的管控 ， 犹如人的大脑 。 器务管理中 ， 综合电子分系统负责完成环绕器完成全任务阶段的程序控制、器上时间管理、各个分系统间数据交互的管理任务 。 目前 ， 环绕器入轨初期的太阳翼展开程序控制、天线解锁展开程序控制 ， 制动捕获程序控制等已经在综合电子分系统的“指挥”下完成 ， 未来它还将负责离轨着陆阶段的着陆器与环绕器分离解锁程序控制等 。
遥控/遥测信息处理中 ， 综合电子分系统既要接收地面发来的遥控指令和数据 ， 将它们进行解析处理后 ， 转发到相关分系统完成具体动作的执行；同时还要采集环绕器各分系统和着陆巡视器的各部分状态参数 ， 形成遥测数据 ， 完成处理后通过测控通道下传 。
在环绕器对火星进行探测的过程中 ， 器上的各科学仪器都会产生大量的科学数据 ， 这些数据必须要发回地面由科学家们进行研究 ， 此外 ， 环绕器上的光学导航敏感器和红外导航敏感器数据也需要发送回地面进行进一步的分析 ， 综合电子分系统负责对这些原始数据进行处理、储存 ， 并在合适的时机传输回地球 。
与此同时 ， 环绕器上有众多承担不同任务的单机 ， 这些单机在工作时需要供电 ， 在他们长时间不工作时又需要断电以节省能源 ， 综合电子分系统就负责对这些单机的供电状态进行管理 ， 同时还要负责对环绕器蓄电池的充电放电状态进行管控 ， 确保整星的能源安全 。
通常情况下 ， 环绕地球运行的卫星都是由地面控制中心根据卫星的实时状态和任务要求进行控制的 。 但与地球卫星不同 ， 火星环绕器由于器地距离远 ， 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 。
另外 ， 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射频信号传输 ， 导致通信中断 ， 称之为“日凌” 。 本次火星探测任务最长“日凌”达到30天 。 “日凌”期间 ， 环绕器必须“自己照顾好自己” ， 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 。
针对以上情况 ， 环绕器综合电子分系统的研制团队进行了一系列技术攻关 ， 设计了深空探测长时间无上行指令自主管理机制 ， 解决了长时间无上行后环绕器测控数传、GNC姿态及能源的自主安全管理 ， 保障了长时间无上行情况下整器安全；设计了自主路由安全管理机制 ， 解决了环绕器内模块级的自主故障诊断和自主故障恢复 ， 确保了环绕器长期自主模式下安全飞行；设计了整器断电再恢复功能 ， 解决了整器极端故障模式下的自恢复的难题 ， 保障了火星环绕器的对地通讯链路自主建立 。 通过多系统多模式器上信息综合自主处理方法 ， 环绕器保证一级故障任务正常执行 ， 二级故障整器安全 ， 实现了环绕器在轨自主运行大于60天的能力 。
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作为信息中枢 ， 综合电子分系统负责火星环绕器全部信息的管控 ， 犹如人的大脑 。
工程监测分系统：小块头有大作用
作为实现火星捕获主要担当的火星环绕器不仅出色地完成了制动点火 ， 而且利用携带的一堆“小家伙”记录了天问一号抵达火星过程中的影像 。
为了做好天问一号在轨工作状态的可视化监视 ， 八院火星环绕器工程测量团队专门设计了一套由多个“质量小、个头小、能耗小”的“小块头”组成的监测系统 ， 而实施本次捕获过程拍照的便是其中的固连测量传感器和回拍测量传感器 。
在天问一号实施火星捕获制动点火前 ， 需要将自身的姿态调整至点火姿态 ， 点火完毕后再恢复至对日巡航姿态 。 环绕器团队对该过程中探测器与火星相对位置精细分析后 ， 发现在建立姿态过程中火星分别可以进入回拍测量传感器的视场之中 ， 在制动点火期间火星可以进入固连测量传感器的视场之中 。 经过仔细商讨 ， 团队决定利用这两组“小块头”记录火星捕获这个大事件 。
自我国首次自主火星探测工程立项以来 ， 如何做好天问一号在轨飞行可视化监测就成为了研制团队面对的重要任务之一 。 八院火星环绕器工程测量团队结合全飞行过程 ， 设计了太阳翼展开、定向天线展开、地月拍照、太空自拍、火星拍照、器器分离过程等监测任务 。
既要实现如此多的监测任务 ， 又要保证质量、功耗、体积等资源需求小 ， 团队在充分利用环绕器已配置的高分相机、中分相机、光学导航敏感器等拍照设备基础上 ， 专门研制了一组“小块头”组成的工程测量分系统 。 工程测量分系统由固连遥测探头、近距离遥测探头、国旗组成 。
固连遥测探头是一种分布式布局、集中控制式的相机系统 ， 由控制模块和三个固连测量传感器组成 。 三个固连测量传感器依据太阳翼、定向天线、着陆巡视器的位置进行布局安装 。 由于火星探测的距离远、通信延时大等约束 ， 研制团队采用全自主成像控制理念完成固连遥测探头设计 。 只要固连遥测探头加电 ， 三个固连测量传感器可以在无地面指令操控下自主完成相应成像监测任务 。 在飞向火星的旅程中 ， 固连遥测探头一路监测天问一号的状态 ， 完成了太阳翼展开过程、定向天线展开监测 ， 在定向天线展开到位的同时拍摄到了地球 。
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工程监测分系统拍摄的探测器照片 。
近距离遥测探头由控制线路盒、分离测量传感器和回拍测量传感器组成 。 分离测量传感器就是完成天问一号全貌拍摄及国旗自拍的那个“小块头” 。 在2020年中秋国庆之前的一个晚上 ， 分离测量传感器接收地面指令后 ， 离开了天问一号、投入太空的怀抱 ， 记录了天问一号及国旗在太空中的美妙身姿 。 有别于分离测量传感器 ， 回拍测量传感器安装于火星环绕器本体、无法实施分离 ， 但配置了100°的超大视角 ， 以尽可能地拍摄镜头中看到的一切 。
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分离测量传感器拍摄的天问一号全貌照片 。
在接下来的飞行中 ， 八院火星环绕器工程测量分系统将继续开展任务 ， 持续监测太阳翼、定向天线的运行情况监测 ， 实施器器分离过程可视化监测 ， 继续为“天问一号”的探测之旅保驾护航 。
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