叮咚！天问一号从环火星轨道发来新春祝福

北京时间2月10日19时52分，天问一号探测器实施近火捕获制动，环绕器3000N轨控发动机点火工作约15分钟，探测器顺利进入近火点高度约400千米，周期约10个地球日，倾角约10°的大椭圆环火轨道，成为中国第一颗人造火星卫星，实现“绕、着、巡”第一步“绕”的目标，环绕火星获得成功。

中国首次火星探测任务由地火转移阶段进入火星捕获阶段后，天问一号环绕器携带的中分辨率相机、高分辨率相机、磁强计、矿物光谱分析仪、离子与中性粒子探测和能量粒子探测器等载荷将陆续开始工作，对火星开展多维度探测。

自2020年7月23日成功发射以来，天问一号探测器已累计飞行202天，完成1次深空机动和4次中途修正。抵达火星时，天问一号探测器飞行里程约4.75亿千米，距离地球约1.92亿千米，器地通信单向时延约10.7分钟，各系统状态良好。

天问一号这次“太空刹车”必须一次成功。科研人员是如何做足预案，让天问一号探测器精准踩下“刹车”，成功实施火星捕获的？记者采访相关专家，一探究竟。

必须一次成功

在临近火星时，天问一号环绕器启动其配备的发动机进行推力减速，将速度降低至能够被火星引力捕获，成为一颗环绕火星的卫星，否则探测器将飞越火星继续围绕太阳公转。对于天问一号来说，近火制动只有一次机会，一旦错过了，下一次合适的窗口期就得再等上很长时间。

打个比方，地火转移轨道就像是一条以太阳为中心的椭圆形闭环高速，火星只是这条高速上的一个出口，一旦探测器不能及时刹车、从火星出口下高速，那就只能多绕一圈到下次路过该出口了。

2010年12月日本的“拂晓号”金星探测器就由于发动机故障而未能及时完成金星捕获制动，直接飞越金星。直到2015年12月，它才再次回到金星附近，此时它已经接近寿命末期，还好后来捕获成功，不然就“此情可待成追忆”了。

在这关键的刹车段，中国航天科技集团研制团队设计了相当靠谱的“刹车”方案，不仅可以准确判断是否降至目标速度，在发动机推力减速控制的过程中，还可以全自主地对发动机推力的大小和方向进行实时判断，并自主更新刹车参数及相应的控制算法，确保可靠、精准完成刹车。

1.92亿公里外的全自动“刹车”

“对于轨道设计来说，近火制动这脚刹车力道大小是极为考究的，踩得太轻，就会飞离火星；踩得太重，则会对后面的飞行时序产生巨大影响。”天问一号轨道主管设计师高珊用生动的比喻来描述近火制动。

火星引力的“捕获窗口”有限，要求探测器在15分钟内将速度从28km/s(公里每秒)降低至约1km/s。与常规卫星可以由地面实时操控不同，“制动捕获”过程中，天问一号探测器距离地球约1.92亿公里，地球与探测器之间的数据通信单向时间延迟超过10.7分钟，探测器必须完全依靠自身来完成发动机点火和关机，克服发动机点火期间的扰动，并实现点火方向和点火时长的精确控制。

天问一号环绕器副总设计师朱庆华说，“在失去地面实时测控的环境下，我们只有通过方案设计，充分考虑发动机推力存在偏差、探测器质心不断变化等情况，全自动地执行精确轨道控制，再通过多因素组合的测试和仿真分析，让控制方案更加可靠。”

航天“天团”全程护送

天问一号探测器在2020年7月23日从地球出发，历经炎炎夏日、飒飒金秋、瑟瑟寒冬，历时近7个月的长途跋涉终于抵达环火轨道。

从奔火启程的那一天起，中国航天的科研人员便日夜对其状态进行细致的判读，一路上四次中途修正，一次深空机动，两次状态自检，让天问一号的火星之旅程更加踏实。

这次近火制动，159名科研人员在北京航天飞行控制中心协同工作，24小时连续跟踪；更有中国航天科技集团五院飞行控制的“最强天团”坐阵，他们中有中国科学院院士叶培建等16名技术专家和顾问、5名“两总”、61名各个岗位的飞控人员。正如受访专家所言，在临近春节之际，天问一号探测器如愿进入环绕火星的轨道，也给全国人民拜了个早年，提前送上牛年的祝福。

“日月安属？列星安陈？”从环火开始，天问一号这颗中国制造的航天器，就正式成为火星的卫星。后续，天问一号还要进行一次轨道调整和两次近火制动，届时天问一号离火星最近距离只有265公里。之后，天问一号探测器会边环绕边完成拍照任务，开展预选着陆区探测，计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆，开展巡视探测。

作者：郭超凯、郑莹莹