机遇仅有一次!天问一号那样被火星捕获

2021-02-22 10:38:00

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  2月10日,天问一号火星探测仪成功执行近火制动,进行火星捕获,宣布迈入环火轨道。现阶段,探测仪各系统状态优良,近火制动后入轨精密度很高,为事后环火航行的顺利进行获得了“开好局”。

  制动捕获,简易而言便是根据汽车发动机扭力降速操纵,来减少探测仪的速率,使其可以被总体目标星体的吸引力所捕获,这一姿势也被品牌形象地称之为“踩刹车”。

  目前为止,天问一号早已在轨航行200余天,航行里程数早已提升了4.7亿千米。怎样在间距地球上这般之远的一望无际外太空打好“飘移”、踩好“刹车踏板”?这在其中,有很大的大学问。

  外太空“刹车踏板”,仅有一次机会

  在2月5日第四次半途调整后,天问一号维持着稳定的飞行轨迹到达火星周边。从地火迁移轨道进到到环火轨道,必须根据近火制动来完成火星捕获,进行日心轨道和火心轨道的成功对接。

  针对天问一号而言,近火制动仅有一次机会。它务必精确地踩住“刹车踏板”,一步到位迈进预订环火轨道。

  “针对轨道设计方案而言,近火制动这脚‘刹车踏板’力度尺寸是极其独特的,踩下去过轻,便会飞出火星,踩下去过重,则会对后边的航行时钟频率造成极大危害。”天问一号火星探测仪抓总研发企业航天集团公司五院轨道负责人室内设计师高珊用栩栩如生的形容来叙述近火制动。

  另一个极大挑戰是通讯廷时。因为探测仪间距地球上太过漫长,将要迈入环火轨道的天问一号与地球上的通讯延迟时间超出了十分钟,这代表着没法对火星捕获状况开展实时监控系统,迅速解决。

  应对那样一段“视觉效果盲点”,轨道设计部门协作自动控制系统开展了近千百种常见故障工作状况的剖析,明确了重要主要参数及阀值,撰写了近两百份常见故障应急预案,确保火星探测仪在路面没法实时处理的状况下,对很有可能产生的状况开展适当的分辨和反映。

  进行严峻每日任务,只有“努力”

  火星吸引力捕获对话框比较有限,规定探测仪彻底努力,在十分钟内将速率从28km/s减少至约1km/s。

  这并并不是一件非常容易的事。据统计,天问一号配备了1台3000N的轨道操纵汽车发动机,开展吸引力捕获时的制动降速操纵。

  “在丧失路面即时测控技术的自然环境下,大家唯有根据设计方案,考虑到汽车发动机扭力存有误差、探测仪质心持续转变等状况,全独立实行精准轨道操纵;再根据多要素组成的检测和模拟仿真剖析,让操纵计划方案更为健硕靠谱。”航天集团公司八院火星探测仪围绕器总经理室内设计师朱庆华讲到。

  精英团队对海外的不成功和经典案例开展了深层次分析。“大家对火星检测整个过程不断演练,可以说早已将大家能想起的全部很有可能状况都考虑到了进来,并根据各种各样很有可能事情的组成来检测大家的计划方案和商品。”八院GNC系统软件(编者注: 制导技术、导航栏与自动控制系统)负责人室内设计师聂钦博讲到。

  据统计,在一次半物理学模拟仿真实验中,探测仪的捕获制动精密度与指标值规定拥有显著误差,这促使研发精英团队高宽比焦虑不安。精英团队随后对捕获制动这一全过程再度开展详细分析,总算发觉,制动前的一个阶段時间太长,对捕获操纵的速率增加量造成了约0.3%的危害。因此精英团队快速对这一全过程开展精准定量化,根据计划方案提升和进一步模拟仿真认证,捕获制动精密度拥有明显提高。

  除此之外,担负着指引操纵每日任务的GNC模块则选用了三模沉余计划方案。在精英团队积放设计方案、模拟仿真及认证工作中下,三台电子计算机可保证“步调一致”并完成“民主化决议”,即计算時刻和原始数据信息持续保持一致,从而根据极少数听从大部分的标准,保证数值准确。

  为了更好地保证在我国初次独立火星检测每日任务最重要的此次“刹车踏板”的靠谱进行,围绕器精英团队在四年的研发全过程中,持续开展着汽车发动机扭力方位和尺寸、汽车发动机扭力影响扭矩、太阳能电池阵柔性震动、火箭燃料固体燃料摇晃等各主要参数的一切正常范畴、極限拉偏测试,材料分析测试和实验中GNC系统软件的主要表现,对异常情况快速精准定位并对计划方案开展提升健全。

  围绕器GNC子系统产保师刘宇不乏引以为豪地讲到:“大家已应用自身的优化算法对一些著名的火星检测每日任务开展模拟仿真,模拟仿真結果与国际性上发布的数据信息十分符合。”

  “火星停车”,仍遭遇严峻形势

  虽然早已干了充足的提前准备,轨道设计部门在近火捕获环节依然专心致志地关心着变轨全过程中每一个主要参数、每一条曲线图的转变,开展着差值评定。

  它是我国的航天飞机第一次到达火星周边,要一次完成“绕、着、巡”三个总体目标,轨道设计方案的难度系数很高,在进行火星捕获后,天问一号即将遭遇大量的磨练。

  天问一号火星探测仪由围绕器与降落巡查器构成,为了更好地确保降落巡查器圆满完成火星降落,天问一号必须开展多轨调节,根据精确实际操作来持续开展轨道和速率的变化,根据更为繁杂的轨道操纵来确保“停车”。

  在进行火星捕获后,天问一号进到到环火轨道中,在远火点开展一次平面图机动性,调节航行的轨道倾斜角,为事后“停车”工作中顺势而为、打下基础。

  当返回近火点时,它就需要踩住第二次“刹车踏板”,提前准备拆换路线,迈进到停靠调相轨道,对轨道周期时间开展相对调节,以确保运动轨迹历经预订的着陆点。

  当天问一号在停靠调相轨道上再度抵达近火点时,必须开展第三次“刹车踏板”,进到停靠轨道,并在该轨道上开展数次保持,对降落区开展拍攝显像,挑选适合的部位,进行“停车”的最后一步,即完成围绕器与降落巡查器的分离出来,降落巡查器进到到火星空气,进行这一环节的所有每日任务。

(文章内容来源于:人民日报网)

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