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        制动时机和时长需分秒不差 天问一号“刹车”有多难

        2021-03-12 01:38编辑:太平洋在线人气:


          火星眼前,天问一号“刹车”有多灾

          近火制动是火星探测进程中的重要节点之一,有必然风险。其风险主要包罗几方面,好比制动捕捉只有一次时机,机不行失;制动的机缘、时长、力度等都必需十分精准。

          杨宇光 中国航天科工团体二院研究员

          2月5日,国度航天局宣布了天问一号火星探测器拍摄的首幅火星图像。图中火星阿茜达利亚平原、克律塞平原、子午高原、斯基亚帕雷利坑以及最长的峡谷——水手谷等符号性地貌清晰可见。  

          拍摄这张照片时,天问一号与地球的间隔到达1.8亿多千米,离火星约莫有220万千米。

          据国度航天局动静,天问一号于当日晚间启动动员机,顺利完成地火转移段第四次轨道半途批改,以确保后续行动精确实施。从此它还要完成近火制动,被火星捕捉,进入环火轨道,成为火星的一颗卫星,并对火星举办视察,为着陆火星做筹备。

          中国航天科工团体二院研究员杨宇光向科技日报记者先容说,近火制动是火星探测进程中的重要节点之一,有必然风险。其风险主要包罗几方面,好比制动捕捉只有一次时机,机不行失;制动的机缘、时长、力度等都必需十分精准。另外,探测器抵达火星时与地球间隔远,通信延时长,地面无法及时监督和节制,整个制动进程必需由探测器自主完成,这对探测器的自主节制提出了很高要求。

          制念头缘和时长需分秒不差

          凭据轨道动力学纪律,当航天器靠近一个天体时,假如不采纳任何法子,它将与这个天体擦肩而过,整个进程形成一个双曲线轨道。

          杨宇光说,在靠近进程中,航天器受天体引力影响,速度会越来越快,在间隔最近时到达峰值。假如此时航天器不制动,它会逐渐远离该天体,速度逐步下降,最后挣脱引力飞离天体。

          这一纪律抉择着,假如想从转移轨道进入环抱天体运行的轨道,航天器就必需实施制动减速。

          全国空间探测技能首席科学流传专家庞之浩先容,探测器实施制动减速时,要先调解航行姿态,将动员机喷管朝向前方,等机缘恰其时焚烧开机,以此低落探测器的速度。整个制动进程的节制必需十分精准。

          杨宇光先容,各国探测器飞往火星根基都回收霍曼转移轨道,天问一号也是如此。对付以太阳为中心的引力场来说,这就是一条毗连地球与火星的椭圆形轨道。当探测器抵达火星四周后,假如没有制动或制动力不足,它会离开火星引力继承环抱太阳运行,下次再跟火星交会就不知是何年何月了。这也就是前文所说制动捕捉时机的独一性。

          反之,假如力道过猛也不可。

          杨宇光说,探测器制动捕捉有一个原则,轨道越低,动员机越省能量,制动效率也就越高。但对付间隔上亿公里的火星,探测器的位置丈量和节制都大概呈现误差,假如制动点的轨道高渡过低,大概导致探测器撞向火星外貌。

          同时,探测器并不是在某一个点把速度降到几多,而是在一个航行弧段内一连减速,制动焚烧的时间需要紧密计较和精准节制。假如制动时间过长导致制动力渡过大,探测器也谋面对坠毁的风险。

          “只有刹车机缘和时长都分秒不差,才气形成抱负的捕捉轨道。”庞之浩说。

          与“嫦娥”制动有所差异

          此前我国已乐成实施的历次探月任务中,嫦娥系列探测器均圆满完成了近月制动,积聚了富厚履历。不外天问一号面对的近火制动,与“嫦娥姐妹”有所差异。

          最显著的区别源自间隔。

          地球与月球之间的平均间隔约为38.44万千米,对付测控通信来说,延时不外约1秒钟。而天问一号实施近火制动时,地球与火星的间隔高出1.8亿千米,单向通信延时到达10分钟以上。杨宇光说,这种环境下地面无法对探测器举办及时监控,需要提前上传指令,到时候让探测器自主执行。

          理论上,探测器的自主性可以通过设计来实现。比方制动时需要把速度低落几多,可以按照动员机推力计较需要开机的时间,照此节制。但实际上并非如此。

          杨宇光说,任务进程中会有许多不确定性,好比动员机推力大概存在细微偏差,航行器的位置、速度、姿态只能通过丈量得到,各类变数使得自主节制的庞洪水平大大增加。

          因此,自主节制绝非只靠地面筹备指令,探测器执行就能完成,而要大量依赖于丈量手段。为了确保丈量精确,在执行要害行动的航行器上都有多个传感器,通过多种途径和差异手段,团结地面丈量数据,判定丈量功效是否准确。在执行指令时,也会通过传感器来反馈执行环境。当碰着意外环境,来不及期待地面处理惩罚时,探测器也会自行判定,然后凭据预案自行应对。

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                  (来源:太平洋在线xg111)

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