這是中國航天史上的歷史性一刻!
記者從國家航天局獲悉,2021年2月10日19時52分,中國首次火星探測任務天問一號探測器實施近火捕獲制動,環繞器3000N軌控發動機點火工作約15分鐘,探測器順利進入近火點高度約400千米,周期約10個地球日,傾角約10 的大橢圓環火軌道,成為我國第一顆人造火星衛星,實現“繞、著、巡”第一步“繞”的目標,環繞火星獲得成功。
天問一號探測器總重約5噸,由環繞器和著陸巡視器組成,著陸巡視器主要包括進入艙和火星車。此次實施制動捕獲的環繞器由中國航天科技集團上海航天技術研究院抓總研制。制動捕獲的成功,為后續的著陸、巡視打好了基礎。
“火星制動捕獲”是指探測器在抵近火星時,通過主發動機長時間點火,使得在行星際空間高速飛行的探測器大速度增量減速,從而能夠被火星引力場捕獲,進入繞火軌道。
“火星制動捕獲”是整個探測任務中技術風險最高、難度最大的環節之一。制動捕獲的機會有且僅有一次,關系著整個工程任務的成敗。捕獲過程中,火星環繞器需要準確地進行點火制動,只有點火時機和時長都分秒不差,才能形成理想的目標捕獲軌道。可以說,制動捕獲的成功,離不開各系統的大力協同、密切配合,考驗了地面測控系統深空高精度測定軌能力,也進一步驗證了火星環繞器的各項高可靠設計。
此次火星探測任務捕獲時,探測器的目標軌道距火星最近處僅400公里,一不留神就會撞擊火星或飛離火星。地面測控系統的深空測控網和甚長基線干涉測量網通過接收探測器持續發射的高穩定度無線電信號,經過連續計算獲得高精度的軌道數據,從而確保探測器能夠在預定時間、預定高度順利進入捕獲走廊,實施變軌動作。
制動捕獲過程中,火星環繞器也面臨諸多困難。
由于制動捕獲時探測器距離地球1.92億公里,單向通信時延達到10.7分鐘,地面無法對整個過程進行實時監控,只能依靠探測器自主執行捕獲策略。為了確保本次制動捕獲成功,上海航天技術研究院火星環繞器團隊設計了器務自主管理器雙大腦、姿軌控計算機三核心、測控通信多通道切換策略、發動機雙關機策略、3000N和120N發動機兩重保險等多項技術,極大地提升了系統的可靠性。
天問一號是我國獨立開展行星際探測的第一步,于2020年7月23日在中國文昌航天發射場由長征五號運載火箭發射升空,將通過一次發射實現對火星的“繞、落、巡”。自發射以來,火星探測研制團隊已持續開展了202天的在軌飛行控制任務,完成了四次中途修正和一次深空機動,開展了各種自檢和功能驗證工作,對探測器的測控通信、能源保障、姿軌控、自主管理等能力進行了測試,確保制動捕獲過程涉及的功能、性能得到充分檢驗。
后續,火星環繞器研制團隊將繼續為著陸巡視器登陸火星開展巡視探測等任務做好支撐。按照計劃,進入環火軌道后,天問一號將于今年5月擇機實施降軌,著陸巡視器將與環繞器分離,并軟著陸火星表面,火星車駛離著陸平臺,開展巡視探測等任務。
附:天問一號任務進展時間軸
2020年7月23日
長五遙四火箭成功發射天問一號探測器
2020年7月27日-28日
天問一號探測器在飛離地球約120萬公里處回望地球,利用光學導航敏感器對地球、月球成像,獲取了地月合影。
2020年8月2日
天問一號探測器完成第一次軌道中途修正。這是3000N軌控發動機首次太空點火工作,驗證了發動機在軌的實際性能。
2020年8月19日
22時20分起,天問一號探測器環繞器上火星磁強計、礦物光譜分析儀、高分辨率相機、中分辨率相機等載荷依次完成自檢,確認設備狀態正常。
2020年8月28日
10時08分,天問一號探測器飛行里程達到1億千米,探測器姿態穩定、能源平衡,多個載荷完成自檢,確認設備狀態正常。
2020年9月20日
23時,天問一號探測器順利完成第二次軌道中途修正,并在軌驗證了120N發動機的實際性能。
2020年10月1日
國家航天局發布天問一號探測器飛行圖像,圖上的五星紅旗光彩奪目,這是天問一號探測器首次深空“自拍”。
2020年10月9日
23時,天問一號探測器主發動機點火工作480余秒,順利完成奔火旅程中的唯一一次深空機動。
2020年10月28日
天問一號探測器8臺25N發動機同時點火工作,順利完成第三次軌道中途修正,并在軌標定了25N發動機的實際性能。
2020年12月14日
截至當天21時,天問一號探測器飛行里程約3.6億公里,距離地球超過1億公里,距離火星約1200萬公里。
2021年1月3日
天問一號飛行里程破4億公里,一個多月后進入環火軌道。
2021年2月5日
當天20時,天問一號發動機點火工作,順利完成地火轉移段第四次軌道中途修正,以確保按計劃實施火星捕獲。此前,天問一號在距離火星約220萬公里處,獲取了首幅火星圖像。
2021年2月10日
天問一號成功實施制動,順利進入環火軌道。