距离地球1.92亿公里 揭秘“天问一号”这一脚高难度“刹车”

中新网上海2月10日电 (郑莹莹 郭超凯)北京时间2月10日晚，中国首次自主火星探测器天问一号成功实施“制动捕获”，随后进入环绕火星轨道。

作为中国此次火星探测任务中技术风险最高、技术难度最大的环节之一，“制动捕获”这一动作被形象称为“踩刹车”。中国航天科技集团八院的专家解析了这一关键动作背后的难度。

仿若汽车减速进匝道

开车的人都知道，在高速公路下匝道需要让车速降下来，才能安全经过弯道。类似的，对于以高速度向着火星靠近的探测器来说，要想被火星引力所捕获，也必须在“捕获窗口”对应的轨道弧段，精准、自主可靠地完成“刹车”。

“制动捕获”，简单来说，就是通过发动机进行推力减速，降低探测器的速度，使其能够被目标星体的引力所捕获。

理论上，给探测器一个反向推力，即可把它的速度降下来。但在工程实施过程中，仍会遇到不少问题。

距离地球1.92亿公里的全自动“刹车”

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。

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。”

必须“一次成功”

“天问一号”在太空的这一脚“刹车”不仅需要“一次成功”，而且风险非常高；踩早了，速度降得过低，就会坠入大气层撞击火星；踩晚了，就不能被火星引力捕获，因而飞离火星。

具体而言，在这个过程中，环绕器启动其配备的轨道控制发动机进行推力减速，其速度降低至被火星引力捕获，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。

为何必须“一次到位”？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(需要数年时间)到下次路过该出口了。

因此，在这关键的刹车段，研制团队设计了相关刹车方案，可以准确判断环绕器是否降至目标速度、实时判断发动机推力的大小和方向、自主更新刹车参数及相应的控制算法等，确保可靠、精准完成这一脚高难度“刹车”。(完) 【编辑:郭梦媛】