央广网北京2月11日消息(记者张棉棉)据中央广播电视总台中国之声《新闻纵横》报道,10日火星迎来了来自中国的客人——我国首个火星探测器天问一号终于飞抵火星并成功实施捕获制动,精准进入环火轨道,成为我国第一颗人造火星卫星,实现“绕、着、巡”第一步“绕”的目标。

  环绕火星获得成功,正式开启了环绕火星阶段的探测任务。“天问贺新春”,天问一号这一脚“刹车”如何完成?接下来又有哪些重要动作?

  10日19点52分,中国首次火星探测任务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,探测器顺利进入近火点高度约400千米,周期约10个地球日,倾角约10°的大椭圆环火轨道,成为我国第一颗人造火星卫星。国家航天局局长、中国首次火星探测任务工程总指挥张克俭宣布:“天问一号探测器环绕火星成功。”

  制动捕获,简单来说就是通过发动机推力减速控制,来降低探测器的速度,使其能够被目标星体的引力所捕获,这一动作也被形象地称为“踩刹车”。但到底“如何踩刹车”?

  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过弯。类似的,对于以28千米每秒高速靠近火星的探测器来说,要想被火星引力捕获,也必须在“捕获窗口”对应的轨道弧段,精准、自主可靠完成“刹车”。此时,火星探测器配置的1台3000N的轨道控制发动机就发挥了大作用,可以进行引力捕获时的制动减速控制。航天科技集团六院发动机型号总师、11所3000N探火主发动机技术负责人兰晓辉说:“此次3000N发动机工作是该型号发动机工作时间最长的一次点火,工作状态非常完美,近火制动后入轨精度很高,为后续环火飞行的顺利开展赢得了‘开门红’。”

  作为火星探测任务中技术风险最高、技术难度最大的环节之一,制动捕获的机会是唯一的,关系着整个工程任务的成败。捕获过程中,火星环绕器需要准确地进行点火制动,只有点火时机和时长都分秒不差,才能形成理想的目标捕获轨道。航天科技集团五院天问一号火星探测器产品保证经理饶炜说,这不仅考验了地面测控系统深空高精度测定轨能力,还进一步验证了火星环绕器的各项高可靠设计,“火星的制动技术和月球的制动技术,技术路线应该是一样的,只是场景不一样。但是,面临的困难包括了对自主性的要求可能更高一些,包括星上远距离控制之下,长期飞行以后,它还能不能精准控制,这个要求是更高的。”

  本次火星探测任务捕获时,探测器的目标轨道距离火星最近处仅400千米,一不留神就会撞击火星或飞离火星。同时,由于制动捕获时探测器距离地球1.92亿公里,单向通信时延就达到了10.7分钟,地面无法对整个过程进行实时监控,只能依靠探测器自主执行捕获策略。航天科技集团八院天问一号副总指挥张玉花介绍:“这一步全靠事先的轨道测量和精度控制达到目标,比如在7点52分点火,大约在8点03分就进入星掩区了。在这一段星掩区,卫星探测器的信号受火星的遮挡,无法跟地球通讯,这个时间有37分钟,这段时间完全都靠原来的设计和控制,预置到好的程序实现目的。”

  难点多、风险大,才让最终的成功显得格外可贵。北京航天飞行控制中心首次火星探测任务型号总师崔晓峰给天问一号的这次动作打分打满分:“打10分,因为所有的控制通过下传的数据和预先制定的控制程序以及控制参数进行比较,目前从得到的数据可以看到控制完全精准的按照了预先设定的程序和设定的控制数据执行,所以这个火星捕获是一个完美的过程。”

  在天问一号探测器到达火星的同时,10日凌晨,提前三天发射的阿联酋希望号也成功进入环火轨道。那么,相比希望号,天问一号这次动作难度如何?对此,张玉花的回答是:“因为阿联酋这一次只有1.35吨的一个探测器,它的目标实际上就是在一个高的静止轨道对火星进行一个探测,并没有天问一号将来要实施的绕着巡的任务,所以它的近火点也很远2万多公里,按天问一号的近火点是400公里,这是完全性质不太相同的一个轨道和任务。当然天问一号的难度更大,而且探测器起飞的时候是5吨多,实际上天问一号从技术方案上、达到的目标上都不同,我认为我们的难度远远大于他们的,我们要很精确的在近火点前八分钟左右实施制动的要求。”

  首次火星探测任务由地火转移阶段进入火星捕获阶段后,天问一号环绕器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将陆续开始工作,对火星开展多维度探测。

  自去年7月23日成功发射以来,天问一号探测器已累计飞行202天,完成1次深空机动和4次中途修正,抵达火星时飞行里程约4.75亿千米,距离地球约1.92亿千米,器地通信单向时延约10.7分钟,各系统状态良好。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月至6月择机实施火星着陆,开展巡视探测。航天科技集团五院技术顾问、研究员,中国科学院院士叶培建说:“未来的路没那么长了,都是围绕着火星转的,但任务更艰巨,因为天问一号探测器还要下降,还要走起来。环绕器还要到火星进行探测,任务还是很艰巨的。到了5月份的时候,我们想给全国人民交一个更好的答卷,要落下去、走起来,就是说一步可以完成火星的绕、落、巡。当前大家都知道有三个国家在搞(火星任务),阿联酋的就是绕,美国的只是落。如果我们能完成绕、落、巡,就一步完成了这几个国家要做的事情,是一个很大的进步。”