火星面前，天问一号“环保概念龙头股刹车”有多难
2月5日，国家航天局发布了天问一号火星勘探器拍照的首幅火星图画。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——水手谷等标志性地貌清晰可见。
拍照这张照片时，天问一号与地球的间隔到达1.8亿多千米，离火星大约有220万千米。
据国家航天局音讯，天问一号于当日晚间发起发起机，顺利完结地火搬运段第四次轨迹半途批改，以保证后续动作准确施行。尔后它还要完结近火制动，被火星捕获，进入环火轨迹，成为火星的一颗卫星，并对火星进行观测，为着陆火星做预备。
中国航天科工集团二院研究员杨宇光向科技日报记者介绍说，近火制动是火星勘探进程中的重要节点之一，有必定危险。其危险首要包含几方面，比方制动捕获只要一次机遇，机不可失;制动的机遇、时长、力度等都有必要非常精准。此外，勘探器抵达火星时与地球间隔远，通讯延时长，地上无法实时监督和操控，整个制动进程有必要由勘探器自主完结，这对勘探器的自主操控提出了很高要求。
制动机遇和时长需分秒不差
依照轨迹动力学规则，当航天器挨近一个天体时，假如不采纳任何办法，它将与这个天体擦肩而过，整个进程构成一个双曲线轨迹。
杨宇光说，在挨近进程中，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。假如此刻航天器不制动，它会逐步远离该天体，速度渐渐下降，最终脱节引力飞离天体。
这一规则决议着，假如想从搬运轨迹进入盘绕天体运转的轨迹，航天器就有必要施行制动减速。
全国空间勘探技能首席科学传达专家庞之浩介绍，勘探器施行制动减速时，要先调整飞翔姿势，将发起机喷管朝向前方，等机遇恰当时焚烧开机，以此下降勘探器的速度。整个制动进程的操控有必要非常精准。
杨宇光介绍，各国勘探器飞往火星根本都选用霍曼搬运轨迹，天问一号也是如此。关于以太阳为中心的引力场来说，这便是一条衔接地球与火星的椭圆形轨迹。当勘探器抵达火星邻近后，假如没有制动或制动力不可，它会脱离火星引力继续盘绕太阳运转，下次再跟火星交会就不知是何年何月了。这也便是前文所说制动捕获机遇的唯一性。
反之，假如力道过猛也不可。
杨宇光说，勘探器制动捕获有一个准则，轨迹越低，发起机越省能量，制动功率也就越高。但关于间隔上亿公里的火星，勘探器的方位丈量和操控都或许呈现差错，假如制动点的轨迹高度过低，或许导致勘探器撞向火星外表。
一起，勘探器并不是在某一个点把速度降到多少，而是在一个飞翔弧段内继续减速，制动焚烧的时刻需求精细核算和精准操控。假如制动时刻过长导致制动力度过大，勘探器也会面对坠毁的危险。
“只要刹车机遇和时长都分秒不差，才干构成抱负的捕获轨迹。”庞之浩说。
与“嫦娥”制动有所不同
此前我国已成功施行的每次探月使命中，嫦娥系列勘探器均圆满完结了近月制动，积累了丰厚经历。不过天问一号面对的近火制动，与“嫦娥姐妹”有所不同。
最明显的差异源自间隔。
地球与月球之间的均匀间隔约为38.44万千米，关于测控通讯来说，延时不过约1秒钟。而天问一号施行近火制动时，地球与火星的间隔超越1.8亿千米，单向通讯延时到达10分钟以上。杨宇光说，这种状况下地上无法对勘探器进行实时监控，需求提早上传指令，到时候让勘探器自主履行。
理论上，勘探器的自主功能够经过规划来完结。例如制动时需求把速度下降多少，能够依据发起机推力核算需求开机的时刻，照此操控。但实际上并非如此。
杨宇光说，使命进程中会有许多不确定性，比方发起机推力或许存在纤细误差，飞翔器的方位、速度、姿势只能经过丈量取得，各种变数使得自主操控的杂乱程度大大添加。
因此，自主操控绝非只靠地上预备指令，勘探器履行就能完结，而要很多依赖于丈量手法。为了保证丈量准确，在履行要害动作的飞翔器上都有多个传感器，经过多种途径和不同手法，结合地上丈量数据，判别丈量成果是否准确。在履行指令时，也会经过传感器来反应履行状况。当遇到意外状况，来不及等候地上处理时，勘探器也会自行判别，然后依照预案自行应对。
此外，天问一号重达5吨多，不只超越“嫦娥”系列勘探器，甚至在世界各国行星勘探器中也居首位。而它装备的，则是一台3000牛的发起机，会不会有点“小马拉大车”?要知道，3.78吨重的嫦娥四号，主发起机推力但是到达了7500牛。
对此杨宇光表明，嫦娥四号的发起机要统筹近月制动和月面着陆运用，因此需求较大推力。关于天问一号来说，3000牛发起机的确偏小，但这是权衡各方利害之后的挑选。
杨宇光说，衡量发起机功能最重要的目标是比冲，比冲越高，相同条件下推进剂能发生的速度增量越大。但从另一方面说，比冲越高，发起机的质量越大，或者说，在相同比冲状况下，发起机推力越大，体积和质量就越大。
但关于天问一号而言，则期望发起机尽量小，能把更多分量和空间留给载荷。
在两个互相矛盾的目标之间，规划人员做出了权衡。现在的计划既能满意载荷的需求，也能满意制动的要求，无非是把制动焚烧时刻延伸一点罢了。
