近 7 个月的长途跋涉 天问一号终于如期进入火星轨道

时间:2021-02-11 16:25:45 来源: 雷锋网


昨晚,在近 7 个月的跋涉之后,我国首个火星探测任务天问一号火星探测器终于如期进入火星轨道!

据中国航天局官方消息:

2021 年 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,探测器进入近火点高度约 400 千米,周期约 10 个地球日,倾角约 10º 的大椭圆环火轨道。

天问一号成功入轨

国家航天局局长、此次火星探测任务工程总指挥张克俭宣布环绕火星成功。至此,天问一号成为我国第一颗人造火星卫星,其 “绕、着、巡”的三步计划也顺利开启。

截至昨晚成功实施火星捕获,天问一号已累计飞行 202 天,飞行里程约 4.75 亿千米,距离地球约 1.92 亿千米,各系统状态良好。

本网了解到,从地火转移阶段进入到火星捕获阶段后,天问一号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、离子与中性粒子和能量粒子探测仪等载荷也将开始工作,对火星的多维度探测也要开始了。

国家航天局表示:

后续天问一号还将经过多次轨道调整,进入火星停泊轨道,开展预选着陆区探测,计划于 2021 年 5-6 月择机实施火星着陆,开展巡视探测。

对此,NASA 科学任务副局长 Thomas Zurbuchen 在推特上表示:

今日天问一号成功进入火星轨道,祝贺中国。火星仍有很多未解之谜等待着我们去探索,期待中国的成就!

除了 NASA,欧洲航天局也通过推特表示祝贺。

作为我国首个火星探测任务,天问一号自 2020 年7 月 23 日成功发射以来备受关注,其成功入轨的消息迅速登上各大社交媒体热榜。

网友纷纷表示:

科技强国!新春大礼包来了!

向天问一号送去我的新年祝福,新年快乐!

中国视角,中国荣誉。

天问一号任务有多难?

自上世纪 60 年代以来,探测火星就贯穿了人类航天史,但直到今天,全球范围内火星探测任务成功率也还不足五成。

1960 年 10 月,前苏联连发史上首枚、第二枚探测器 “火星 1A 号”和 “火星 1B 号”,却连地球轨道都未到达。

此后,前苏联和美国的探测器或发射失败、或失去通信联系、或被烧毁,多次尝试均以失败告终。

1964 年,失败魔咒首次被打破。12 月 28 日发射的美国 “水手 4 号”,于 7 个月后终于在距火星表面 9800 千米的上空掠过火星,向地球发回 21 张照片,这也是史上首个成功到达火星并发回数据的探测器。

70 年代,火星探测器(美国 “水手 9 号”)才首次进入环绕火星轨道。

此后,日本、欧洲航天局、印度、阿联酋、中国纷纷加入火星探测的队伍,人类向火星发射航天器已有约 50 次——然而共有 11 次任务连地球引力范围都没突破,还有 5 次探测器中途失联的情况。

据了解,火星探测任务主要有四个类型:一是简单的飞掠,主要用于航天技术尚不成熟的阶段;二是环绕,探测器通过制动减速进入火星轨道;三是着陆,在火星表面详细研究;四是巡视,火星车将携带多项科学仪器进行自由巡视。

而天问一号要做的是一次性完成环绕 - 着陆 - 巡视的任务,考虑到此前各国在火星探测方面的情况,其难度可见一斑。

此前本网曾报道,此次任务之难,主要在于以下几个层面:

其一,即便在窗口期,火星也依旧是一颗遥远的星球,探测器携带有限燃料出远门,为探测器飞行轨道的精密设计提了很高的要求。

其二,若探测器经过 6-7 个月漫漫旅途后顺利进入火星轨道,能否被火星捕获也是一大难点,切入点的远近直接关系到探测器是被捕获、掠过火星还是坠毁。

其三,整个任务最大的挑战便是如何成功着陆火星。探测器将 4.8km/s 的速度降到 0,需要 7 分钟左右,而这个过程也常被称为「恐怖 7 分钟」。何时减速、进入大气的姿态与角度如何,都需要精准控制,但鉴于人类对火星的认知不足,加之地火之间单程无线电信号的延时问题,依靠地面指挥实属不易。

幸运的是,天问一号已克服了两大难题。

这里需要解释的是,昨夜天问一号之所以能被火星捕获,关键在于一个动作——刹车。

根据机械能守恒定理,要造访火星,天问一号这个「外来者」的机械能大于 0,但只有设法减少机械能,天问一号才能进入轨道,否则可能出现飞掠火星的情况。

据中科院地质地球所,这种情况下只能进行航空器刹车的操作:

当今航天器的刹车方法主要有两种,一是利用行星大气层阻力和空气动力的 “大气刹车”,二是利用火箭发动机的反向推进刹车。

此次天问一号采取了后者——一方面,天问一号分为轨道器与着陆器(巡视器)两大部分,轨道器要长期留在火星的稳定轨道上,不能一股脑地刹车;另一方面,我国对于火星大气环境,包括密度分布、温度分布、风场等等都知之甚少,美国在公开论文中给出的数据不够精细,也不能轻信。

据了解,除了昨夜的第一次点火,天问一号还将会通过 2 次点火保证自己处于火星轨道上。

下图是最初计划的天问一号轨道机动示意。

接下来,天问一号将在绕着火星跑的同时,通过自带的各种科学仪器对火星的地形地貌、大气特征、风速、气候等特征进行分析,大约 100 天后,它将降低轨道,抛出着陆器。

也就是说,到时候我们就该听到天问一号正式着陆火星的好消息了!

中国跻身「火星国家」行列

对于中国来说,2021 年 2 月 11 日不只是一个普通的腊月二十九,它是中国跻身「火星国家」行列的一天。

早在 2016 年 1 月 11 日,中国火星探测任务正式立项,给 2020 年左右发射火星探测器的想法埋下了种子。

此后,我国火星探测任务按计划顺利推进:

2019 年 10 月,中国火星探测器亮相。

2019 年 11 月,中国火星探测任务首次公开。

2020 年 4 月 24 日,第五个 “中国航天日”,国家航天局正式宣布我国行星探测任务命名为 “天问”、我国首次火星探测任务命名为 “天问一号”。

2020 年7 月 23 日 12 时 41 分,海南文昌航天发射场,搭载着 “天问一号”的长征五号遥四运载火箭成功发射,我国首个火星探测任务开启。

2020 年 7 月 27 日,地面人员控制天问一号在飞离地球约 120 万公里处回望地球,获取了地月合影。

2020 年 8 月 2 日 7 时,在飞控团队控制下,天问一号完成第一次轨道中途修正。

2020 年 8 月 28 日,天问一号已在轨飞行 36 天,飞行历程突破 1 亿公里。

2020 年 9 月 20 日 23 时,在飞控团队控制下,天问一号完成第二次轨道中途修正。

2020 年 10 月 1 日国庆节当天,国家航天局发布天问一号首次深空和国旗 “自拍”。

2020 年 10 月 9 日 23 时,在飞控团队控制下,天问一号完成一次深空机动。

2020 年 10 月 28 日 22 时,在飞控团队控制下,天问一号完成第三次轨道中途修正。

2020 年 11 月 17 日,天问一号已在轨飞行 116 天,飞行里程突破 3 亿公里。

2021 年 1 月 3 日,天问一号已在轨飞行 163 天,飞行里程突破 4 亿公里。

2021 年 2 月 5 日 20 时,天问一号完成第四次轨道中途修正,并传回了在距火星约 220 万公里处拍下的首幅火星图像。

终于,我国首次火星探测任务已由地火转移阶段顺利进入火星捕获阶段!

昨日晚间,央视正式官宣 2021 牛年春节联欢晚会节目单,在节目单上有个名为《向祖国报告》的特别节目,天问一号、嫦娥五号、神舟飞船、北斗三号总设计师等嘉宾将出现在镜头前。农历牛年前夕,天问一号的故事必将为节日增添一份别样的仪式感。

关键词:天问一号 火星

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