天问一号火星捕获过程影像发布

2月10日晚间，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施火星捕获制动，成功开启环绕火星模式。

此外，火星捕获是火星探测任务中技术风险最高、最为重要的环节之一，在火星探测器从地球飞向火星的过程中，能够被火星引力所捕获的机会只有一次。

按照轨道动力学规律，当航天器接近一个天体时，如果不采取任何措施，它将与这个天体擦肩而过。如果想从转移轨道进入环绕天体运行的轨道，航天器就必须实施制动减速。

深空测控，是指对将月球及月球以远的天体和空间进行的探测。

全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍，探测器实施制动减速时，要先调整飞行姿态，将发动机喷管朝向前方，等时机恰当时点火开机，以此降低探测器的速度。

同时，探测器并不是在某一个点把速度降到多少，而是在一个飞行弧段内持续减速，制动点火的时间需要精密计算和精准控制。

但这些都要靠深空测控设备对飞行器的位置、速度、姿态的精准测量。

因此，对作为“遥控器”和“听诊器”的佳木斯站来说，近火捕获段的测控至关重要，要让上亿公里的位置测量和控制不出错，是其建成以来面临的最大考验。

火星捕获制动是指探测器在抵近火星时，通过主发动机长时间点火，使得在行星际空间高速飞行的探测器大速度增量减速，从而能够被火星引力场捕获，进入绕火轨道。

地面测控系统的深空测控网通过接收探测器持续发射的高稳定度无线电信号，经过连续计算获得高精度的轨道数据，从而确保探测器能够在预定时间、预定高度顺利进入捕获走廊，实施变轨动作。

由于捕获制动时探测器距离地球1.92亿千米，单向通信时延达到了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。

自2020年7月23日发射以来，研制团队已持续开展202天在轨飞行控制任务，完成四次中途修正和一次深空机动，开展了各种各样自检和功能验证工作，对探测器的测控通信能力、能源保障能力、自主管理能力等进行了测试，确保捕获制动过程涉及的功能、性能得到充分检验。

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”。

“在失去地面实时测控的环境下，我们只有通过方案设计，充分考虑发动机推力存在偏差、探测器质心不断变化等情况，全自主执行精确轨道控制；再通过多因素组合的测试和仿真分析，让控制方案更加可靠。”中国航天科技集团八院环绕器副总设计师朱庆华说。

在研制过程中，一次半物理仿真试验，探测器的捕获制动精度与指标要求有了明显偏差，这使得研制团队高度紧张。设计方案已经考虑到了探测器燃料消耗引起的质量变化，也考虑到了推力方向偏移造成的姿态干扰等多种多样很有可能因素，为什么精度还是不够呢？

研制团队迅速对这一过程进行精确量化分析，将沉底工作过程的推力减小，并将沉底过程对速度增量的影响引入到主发动机关机时间的计算中，通过方案优化和进一步仿真验证，捕获制动精度有了显著提升。