星际“专车”助“天问一号”着陆火星

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5月15日，火星探测器“天问一号”成功着陆火星。“天问一号”包括环绕器和着陆巡视器两部分，两器分离后，环绕器需要迅速抬升轨道，而着陆巡视器则进入火星大气层。

这个分离前后的控制需要7个小时，环绕器作为搭载着陆巡视器的星际“专车”，需要按顺序完成轨道降低发动机点火和关机、两器分离姿态建立、两器分离后轨道升高发动机点火和关机等一系列动作，而这些太空芭蕾般的优美“舞姿”，需要环绕器自主、准确、可靠地完成。

稍有不慎，探测器就可能被拉向火星表面

“这是一系列很关键的姿态和轨道机动，稍有不慎，探测器就可能被火星引力拉向火星表面，而由于通讯时延的存在，我们没有办法实时获知探测器的状态并对异常情况进行干预。”环绕器副总设计师朱庆华说。

他称，“器器分离的过程，是我们控制算法精度、产品工作可靠性、故障预案周密性等的最充分考验。”

分离时环绕器的轨道控制精度和姿态控制精度是着陆巡视器能否进入预定着陆区的前提。这些需要依赖于敏感器、执行机构、计算机以及算法的准确性，可以说是对探测器GNC系统的一次“大考”。实际过程中，探测器需要自主进行测量计算并作出判断，每个环节都必须精准无误，分秒不能差。方案设计师王卫华打了个比方：“这就好比在室外，距离标准篮筐980米进行投篮，还必须事先考虑到投篮的角度、时机、投球力度，篮球自身的旋转运动，风速和风向外部环境等种种因素的影响。”

同时，设计师们也做了不同情况下的预案和对策。当环绕器通过自身的敏感器发现没有完成既定的动作时，会自主带着着陆器迅速进行轨道抬升，以避免撞向火星，并在合适的时机再次选择执行两器分离的一系列动作。

兼职达人，做最可靠的通信“中继站”

在此次的火星探测任务中，环绕器不仅仅是一辆星际“专车”，它同样也是一座功能强大的通信“中继站”，为着陆巡视器与地球搭建通讯桥梁。

据介绍，升轨后的环绕器并不是大家想象中“卸载”后一身轻松，此刻它需要迅速肩负起对火星表面进行遥感探测的任务，同时选择恰当的时机来将巡视器的数据“中继”传向地球。在距离地球数亿公里的轨道上准确指向地球，相当于要在2米开外瞄准绣花针孔，而且要在环绕器自身还在不断的飞行运动情况下，时刻保持住瞄准状态。

据介绍，环绕器携带有2块太阳电池阵、1幅高增益数据传输天线、1幅对巡视器数据中继天线。在环绕器执行数据中继任务时，需要驱动太阳电池阵对准太阳方向以保证自身电能的供应，同时需要高增益天线跟踪地球、中继天线指向巡视器，以建立“数据鹊桥”。

“此时，环绕器需要同时实现对巡视器、地球、太阳3个目标的高精度同步指向控制，绝对可以称得上是‘八面玲珑’了。”GNC系统主任设计师聂钦博说。(完)