導(dǎo)讀:5月15日7時(shí)18分,天問一號探測器成功著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū),我國首個(gè)火星探測任務(wù)著陸火星取得成功。
5月15日7時(shí)18分,天問一號探測器成功著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū),我國首個(gè)火星探測任務(wù)著陸火星取得成功。
我國首次火星探測任務(wù)于2016年正式批復(fù)立項(xiàng),計(jì)劃通過一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視,對火星進(jìn)行全球性、綜合性的環(huán)繞探測,在火星表面開展區(qū)域巡視探測,天問一號探測器由環(huán)繞器和著陸巡視器組成,著陸巡視器包括祝融號火星車及進(jìn)入艙。探測器自2020年7月23日成功發(fā)射以來,航行295天,約3.2億千米,最終抵達(dá)火星表面。后續(xù)火星探測器“祝融”將依次開展對著陸點(diǎn)全局成像、自檢、駛離著陸平臺并開展巡視探測。
2020年7月23日,天問一號在海南文昌由長征五號運(yùn)載火箭成功發(fā)射
2021年2月10日,實(shí)施火星捕捉,進(jìn)入大橢圓環(huán)火軌道(成為火星衛(wèi)星);
2021年2月24日,實(shí)施第三次近火制動(dòng),開始兩個(gè)周期的火星日49.2小時(shí),停泊軌道、探測;
2021年5月15日凌晨1時(shí)天問一號探測器在停泊軌道實(shí)施降軌,機(jī)動(dòng)至火星進(jìn)入軌道;
2021年5月15日4時(shí),著陸巡視器與環(huán)繞器分離,歷經(jīng)約3小時(shí)飛行后,進(jìn)入火星大氣,經(jīng)過約9分鐘的減速、懸停避障和緩沖,成功軟著陸于預(yù)選著陸區(qū)。
一、光學(xué)敏感器——茫茫太空的指南針
從地球發(fā)射天問一號到火星,要航行3.2億千米,在這個(gè)過程中,探測器如何才能不迷路呢?關(guān)鍵點(diǎn)就是安裝在環(huán)繞器上的光學(xué)敏感器。天問一號搭載了兩臺用于深空探測光學(xué)自主導(dǎo)航的關(guān)鍵產(chǎn)品——一臺是光學(xué)導(dǎo)航敏感器,一臺是紅外導(dǎo)航敏感器。光學(xué)導(dǎo)航敏感器是用于巡航段,是遠(yuǎn)距離對火星成像。紅外導(dǎo)航敏感器用于環(huán)繞段,也就是天問一號成為火星衛(wèi)星的時(shí)候,用它來進(jìn)行測量(天問一號)探測器的軌道位置和速度。
天問一號探測器上配置的光學(xué)導(dǎo)航敏感器,可以利用拍攝的恒星與火星圖像,精確計(jì)算出自身的飛行姿態(tài)、位置與速度,實(shí)現(xiàn)相對火星的自主導(dǎo)航。光學(xué)導(dǎo)航敏感器就好比天問一號火星探測器自動(dòng)駕駛過程中的眼睛。在飛近火星的過程中,探測器靠這雙“眼睛”實(shí)時(shí)觀測火星的距離和方向,讓飛控團(tuán)隊(duì)可以更直觀地確認(rèn)飛行軌道和姿態(tài),計(jì)算圖像中火星的幾何中心和視半徑,天問一號也就可以通過最優(yōu)估計(jì)算法,來自主獲取實(shí)時(shí)的位置和速度信息。
這也是我國首次在行星際轉(zhuǎn)移飛行過程中應(yīng)用光學(xué)自主導(dǎo)航技術(shù)。
二、被火星捕捉+停泊軌道期間的四次變軌
探測器自2020年7月23日成功發(fā)射以來,在地火轉(zhuǎn)移階段完成了1次深空機(jī)動(dòng)和4次中途修正。2月10日,天問一號實(shí)施了火星捕捉,進(jìn)入火星軌道。
在探測器抵達(dá)火星軌道附近時(shí),距離火星只有400公里但相對火星的速度卻高達(dá)4至5公里每秒。因此,探測器必須點(diǎn)火制動(dòng)、及時(shí)“剎車”。否則,如果制動(dòng)時(shí)間過長、剎車踩早了,探測器就會一頭撞向火星;如果時(shí)間過短、晚踩剎車,探測器就會因速度過快而飛離火星,無法進(jìn)入環(huán)繞軌道。
2月10日,探測器第一次到達(dá)近火點(diǎn)時(shí)進(jìn)行捕獲制動(dòng),成功實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞,進(jìn)入周期為10天的大橢圓軌道;
2月15日,探測器第一次到達(dá)遠(yuǎn)火點(diǎn)時(shí)進(jìn)行變軌,調(diào)整軌道平面與近火點(diǎn)高度,環(huán)火軌道變?yōu)榻?jīng)過火星南北兩極的極軌;
2月20日,探測器第二次到達(dá)近火點(diǎn)時(shí)進(jìn)行制動(dòng),進(jìn)入周期約為4天的調(diào)相軌道,使其在運(yùn)行一圈再次到達(dá)近火點(diǎn)附近時(shí),能夠正好經(jīng)過預(yù)定著陸區(qū)上空。
雖然探測器在第三次到達(dá)近火點(diǎn)附近時(shí)已經(jīng)位于預(yù)定著陸區(qū)上空,但由于火星自轉(zhuǎn),如果不進(jìn)行一次軌道調(diào)整,探測器在很長時(shí)間內(nèi)都將難以再次飛過預(yù)定著陸區(qū)。因此,需要再進(jìn)行一次近火制動(dòng),進(jìn)入停泊軌道,讓探測器能夠每次回到近火點(diǎn)附近時(shí),都正好飛過預(yù)定著陸區(qū)。
2月24日,天問一號火星探測器第三次運(yùn)行至近火點(diǎn)時(shí)順利實(shí)施第三次近火制動(dòng),成功進(jìn)停泊軌道。進(jìn)入周期2個(gè)火星日的火星停泊軌道后,對火星開展全球遙感探測,并對預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行詳查,探測分析地形地貌、沙塵天氣等,為著陸火星做準(zhǔn)備。之前就有火星探測器由于火星大范圍沙塵的原因無法工作,所以探測器著陸還必須要考慮到天氣的因素。探測器在該停泊軌道上大約運(yùn)行2.5個(gè)月,在計(jì)算的最佳的時(shí)間點(diǎn)——五月中旬著陸。
三、驚險(xiǎn)九分鐘——火星車“祝融”無指揮著陸
天問一號著陸是整個(gè)火星探測中最重要、難度最高的環(huán)節(jié)。在人類已實(shí)施的47次火星探測任務(wù)中,成功或部分成功的只有25次。而火星著陸任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)更高,22次著陸任務(wù)中(著陸火星19次、著陸火星衛(wèi)星3次)只有10次取得成功,成功率為45%。
5月15日1時(shí),天問一號探測器在停泊軌道實(shí)施降軌,機(jī)動(dòng)至“火星進(jìn)入軌道”;降軌完成后,建立兩器分離姿態(tài),經(jīng)地面判斷允許后釋放著陸巡視器。
4時(shí),著陸巡視器與環(huán)繞器分離,歷經(jīng)約3小時(shí)飛行后,著陸巡視器進(jìn)入火星大氣,經(jīng)過約9分鐘的減速、懸停避障和緩沖,7時(shí)18分成功軟著陸于預(yù)選著陸區(qū)。
探測器著陸要在九分鐘內(nèi)完成傘降控制、動(dòng)力減速、懸停成像、避障機(jī)動(dòng)、緩速下降等多個(gè)動(dòng)作。由于從火星到地球的通信延遲以達(dá)到二十分鐘,探測器必須自己判斷如何著陸。
另一邊,環(huán)繞器在兩器分離約30分鐘后,升軌返回停泊軌道,為著陸巡視器提供中繼通信。
著陸巡視器安全著陸后,將進(jìn)行桅桿、太陽翼、天線、車輪等機(jī)構(gòu)的釋放展開;“祝融號”火星車會駛離著陸平臺,開展火星表面巡視探測。而環(huán)繞器除了給火星車提供中繼通信外,還將利用搭載的7種科學(xué)載荷,對火星表面及其次表層開展科學(xué)探測,完成火星全球遙感探測任務(wù)。
自力更生的天問一號
雖然我國是世界上第二個(gè)成功著陸火星的國家,但對火星依然知之甚少,例如精確的地形地貌。在著陸前我們需要有高分辨率影像數(shù)據(jù)觀測地形,但之前美國火星探測器拍攝到的圖片還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,同年二月美國的毅力號,在出發(fā)之前就能握有一份高清的著陸地地形圖,而我國由于第一次去火星,著陸地烏托邦平原地形圖的信息還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。所以在著陸之前,天文一號要拍攝足夠的HiRISE影像,也是為何在火星軌道上停留幾個(gè)月的原因之一。
不僅如此,天問一號由火星車和環(huán)繞器組成,環(huán)繞器為給火星車做通訊中繼,我國是第一次到火星,沒有接應(yīng),所以一應(yīng)裝備也要自己帶全。
四:星辰大海是征途
我國航天航空事業(yè)在國家的宏觀調(diào)控下一直穩(wěn)步前行:
1956年,中國第一個(gè)火箭與導(dǎo)彈研究機(jī)構(gòu)成立。1956年也被認(rèn)為是中國導(dǎo)彈夢、航天夢的元年。
1970年,中國用第一枚運(yùn)載火箭“長征一號”將第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”送入太空
1999年,中國第一艘無人試驗(yàn)飛船“神舟一號”成功發(fā)射,隨后“神州二號”“神州三號”“神州四號”陸續(xù)順利發(fā)射升空。
2003年,航天員楊利偉穿越大氣層,不遠(yuǎn)萬里為浩瀚星空增添了一抹中國紅,標(biāo)志著中國成為世界上第三個(gè)將人類送上太空的國家。
2007年,嫦娥奔月再也不是幻想,“嫦娥一號”用相機(jī)掀開了月球表面神秘的面紗。
2013年,“嫦娥三號”成為中國第一個(gè)月球軟著陸的無人登月探測器。
……
從古至今,人們對天空的探索就從未停止過。
遠(yuǎn)古時(shí)期開始,祖先就有了對日升月落天體現(xiàn)象的想象,編織出美麗的神話,女媧補(bǔ)天、夸父逐日;
屈原感概天地浩蕩,擬《天問》——“遂古之初,誰傳道之?上下未形,何由考之?冥昭瞢暗,誰能極之?馮翼惟象,何以識之?……”;
明朝有官員萬戶想利用火箭飛天,缺因火箭爆炸而殞命;
……
動(dòng)畫 三體之章北海傳
古人對天空的探索精神一直延續(xù)到今天,我們擁有更高端的科技,讓嫦娥奔月的神話變得不再是空談,面對浩瀚無垠的宇宙也一直保持著敬畏之心。
參考資料:
茫茫太空如何不迷路?看天問一號自主導(dǎo)航秘密武器
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1699878924039564406&wfr=spider&for=pc
“天問一號”成功“落火”!這9分鐘多驚險(xiǎn)?
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1699880741171717338&wfr=spider&for=pc
明明我國天問號比美國火星車早發(fā)射,為什么晚三個(gè)月才登上火星? - haibaraemily的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/445286711/answer/1886313460
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