2023年2月10日，遠在火星執(zhí)行全球遙感科學探測任務的“天問一號”火星環(huán)繞器，已經(jīng)在火星“上崗”滿兩年。兩年來，環(huán)繞器“履職盡責”，獲取一手探測數(shù)據(jù)，取得豐碩科研成果。目前，火星已迎來了春分，火星環(huán)繞器在“環(huán)繞火星”的崗位上履職，持續(xù)開展對火星多維度探測任務。
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2021年2月10日19時52分，“天問一號”環(huán)繞器按照預設程序開始實施火星制動捕獲，3000N主發(fā)動機點火15分鐘，20時07分左右探測器成功進入環(huán)繞火星軌道，成為中國第一顆人造火星衛(wèi)星，實現(xiàn)“繞、著、巡”第一步“繞”的目標，國家航天局宣布環(huán)繞火星成功。火星環(huán)繞器由中國航天科技集團有限公司八院抓總研制，攻克并掌握了以導航制導與控制（GNC）、測控、自主管理、環(huán)境適應為代表的行星環(huán)繞探測能力。
抓準唯一機會，精確制動捕獲
火星捕獲是火星探測任務中技術(shù)風險最高、最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。在火星探測器從地球飛向火星的過程中，能夠被火星引力所捕獲形成環(huán)繞軌道的機會只有一次。實施火星捕獲時，“天問一號”火星探測器距離火星表面最近僅400公里，稍有偏差就會撞擊火星或飛離。由于制動捕獲時探測器距離地球1.92億公里，單向通信時延達到了10.7分鐘，地面無法對整個過程進行實時監(jiān)控，只能依靠環(huán)繞器自主執(zhí)行捕獲策略。因此，捕獲的成敗就成了火星探測任務成敗的關(guān)鍵。
為了確保本次制動捕獲成功，八院火星環(huán)繞器研制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(fā)動機雙關(guān)機策略、3000N和120N發(fā)動機兩重保險等多項技術(shù)，極大地提升了系統(tǒng)的可靠性，確保探測器處于“捕獲走廊”直至進入環(huán)火軌道，成功制動捕獲。
“太空多面手”，圓滿完成探測任務
火星環(huán)繞器分飾了飛行器、通信器和探測器三大角色，是名副其實的“太空多面手”。
自2020年7月23日發(fā)射開始，火星環(huán)繞器扮演了飛行器的角色，背負著陸巡視器，經(jīng)過深空機動、四次軌道修正，走過約4.5億公里的路徑，一路上202天的過關(guān)斬將，順利抵達火星。
2021年2月10日，火星環(huán)繞器到達火星，正式履職“環(huán)繞火星”崗位。按照天問一號任務要求，火星環(huán)繞器在火星主要扮演通信器、探測器兩大角色。
2021年5月15日，火星環(huán)繞器將著陸巡視器準確送入落火軌道、著陸巡視器成功著陸火星，實現(xiàn)了我國首次地外行星著陸。2021年5月22日，在火星環(huán)繞器的中繼支持下，“祝融號”火星車成功駛離著陸平臺，中國人的足跡首次踏足那顆紅色星球；中國成為世界上第二個實現(xiàn)火星巡視的國家。火星車踏足火星后，火星環(huán)繞器為“祝融號”提供了近半年的中繼通信后，圓滿完成通信器的角色任務。
2021年11月火星環(huán)繞器實施軌道控制，進入遙感使命軌道，正式轉(zhuǎn)入探測器的角色。通過攜帶的7臺有效載荷，環(huán)繞器對火星開展了全球遙感科學探測。2022年6月29日，國家航天局宣布：火星環(huán)繞器獲取了覆蓋火星全球的中分辨率影像數(shù)據(jù)，各科學載荷均實現(xiàn)了火星全球探測，完成既定科學探測任務。2022年12月29日，火星環(huán)繞器成功環(huán)火687天，完成了一個火星年的環(huán)火飛行與探測，環(huán)繞器圓滿完成探測器的角色任務。
全面“履職”，創(chuàng)多項國內(nèi)外首次
“天問一號”國際首次通過一次任務實現(xiàn)“繞、著、巡”三大任務目標。火星環(huán)繞器圓滿完成各項工作，獲取了大量我國一手的科學數(shù)據(jù)和工程數(shù)據(jù)，為我國行星探測工程積累了寶貴的經(jīng)驗。
火星環(huán)繞器配置了高分辨率相機、中分辨率相機、次表層探測雷達等7臺科學有效載荷，用于實施科學探測。在實施火星捕獲前，火星環(huán)繞器使用高分辨率相機拍攝了我國首幅火星影像。在著陸火星前，火星環(huán)繞器在為期約3個月的停泊飛行中，使用高分辨率相機、中分辨率相機、礦物光譜分析儀，獲取了包含預選著陸區(qū)優(yōu)于1m分辨率全色影像圖、寬域彩色中分辨率影像圖、多光譜信息。著陸火星后，火星環(huán)繞器對真實落區(qū)、火星車巡視區(qū)域進行了成像探測，獲取高分辨率影像。
進入遙感使命軌道后，火星環(huán)繞器完成了火星全球遙感探測任務，獲取了覆蓋火星全球的中分辨率影像數(shù)據(jù)。利用這些影像數(shù)據(jù)，我國的科研人員目前正在繪制國際先進的高分辨率火星彩色全球影像圖。在環(huán)火擴展任務期間，火星環(huán)繞器實施了火衛(wèi)一成像探測，獲取了中國首幅“火衛(wèi)一”圖像。
除科學載荷獲取的探測數(shù)據(jù)外，基于火星環(huán)繞器平臺的工程數(shù)據(jù)同樣取得了豐碩的成果。
2021年9月下旬至10月中旬，太陽位于火星與地球之間，火星環(huán)繞器經(jīng)歷了“日凌”期考驗，環(huán)繞器與地球之間的無線電通信受到太陽的干擾而失去聯(lián)系。利用這次機會，在國家航天局支持下，中外科學家聯(lián)合，利用火星日凌期間的通信信號工程數(shù)據(jù)，獲得了太陽臨日空間日冕等離子體拋射速度、冕流波等細節(jié)結(jié)構(gòu)、初生高速太陽風流等研究成果。
為了實現(xiàn)火星探測器在太空中狀態(tài)的安全監(jiān)測，火星環(huán)繞器配置了工程測量分系統(tǒng)，包含固連遙測探頭、近距離遙測探頭等。利用這些工程監(jiān)測探頭，火星環(huán)繞器完成了奔火過程中探測器全貌、火星捕獲過程、著陸火星階段著陸巡視器分離、環(huán)火飛行環(huán)繞器全貌等關(guān)鍵過程及狀態(tài)可視化監(jiān)測。
宇宙浩渺無限，中國人追天的腳步從未停歇。在圓滿完成“天問一號”首次火星探測任務后，中國行星探測工程后續(xù)任務也在緊鑼密鼓地開展。《2021中國的航天》白皮書指出，未來中國將實施小行星探測、火星采樣返回、木星系探測等任務。中國航天人將繼續(xù)探索，助力我國行星探測事業(yè)發(fā)展，加快推動航天強國建設。
來源：上海航天
責任編輯：Rex_12
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