人民政協網北京2月10日電（記者 王碩）2021年2月10日，“天問一號”火星探測器順利實施近火制動，完成火星捕獲，正式踏入環火軌道。

目前，探測器各系統狀態良好，近火制動后入軌精度很高，為后續環火飛行的順利開展贏得了“開門紅”。

“天問一號”從踏上奔火高速的那一刻，邁出的是我國自主開展行星探測的第一步。截至目前，“天問一號”已經在軌飛行200余天，飛行里程已經突破了4.7億公里。

“天問一號”能夠快速成長為奔火路上的行家里手，熟練應對奔火高速的多樣復雜路況，依靠的是其背后一項項“黑科技”。

把緊 “方向” 精準剎車

在地火轉移的高速路上，“天問一號”長期處于無動力飛行狀態，難免會受到入軌偏差、控制偏差和其他攝動因素的影響，與預定軌道產生一定的偏離。為了更接近理論軌道飛行，它就需要輕轉“方向盤”、慢踩“油門”，即通過中途修正的方式來進行飛行方向和速度的細節調整；有時還需使探測器通過一次大轉彎、或者說大漂移，從地球的公轉面進入到火星的公轉面上。

在航天科技集團五院總體設計部軌道設計團隊精心設計下，自2020年7月23日發射以來，踏上奔火高速的“天問一號”已經完成了四次軌道中途修正和一次深空機動。

再比如，這次實施近火制動，需要準確識別通往火星的高速路標并剎車慢行，在通往環火軌道的“匝道”上謹慎行駛。

近火制動只有一次機會，因為下一次合適的窗口期是在2033年。剎車力道踩的太輕，就會飛離火星，踩的太重，則會對后面的飛行時序產生巨大影響。

另一個對軌道控制帶來巨大挑戰的是通信延時，由于探測器距離地球太過遙遠，即將踏入環火軌道的“天問一號”與地球的通信延遲超過了10分鐘，這意味著無法對火星捕獲情況進行實時監控，快速應對。面對這樣一段“視覺盲區”，軌道設計團隊協同控制系統進行了近兩百種故障工況的分析，確定了關鍵參數及閾值，編寫了近兩百份故障預案，保證火星探測器在地面無法實時控制的情況下，對可能發生的情況進行恰當的判斷和反應。

穩定體溫 舒適飛行

天問一號在旅途的始發站，距離太陽還比較近，此時的太陽輻照強度較大，約為1367瓦/平方米;但到達火星附近時，太陽輻照強度急速下降，僅有500瓦/平方米。由于外熱流能量差異將近3倍，給著陸巡視器熱控帶來很大難題。

為此，航天科技集團五院熱控團隊為其研發了新型熱控涂層，雖然看上去就像一層普通的銀白色漆，但面對高溫、嚴寒的“冰火兩重天”時，卻能熱的時候降溫，冷的時候保暖。

而且在火星附近的冷環境里，通過對著陸巡視器內部的關鍵部位，比如推進系統、電池等，進行電加熱主動控溫，來保證設備溫度滿足指標要求。

超長蓄能 輕裝上陣

作為星際旅行者，“天問一號”在飛行過程中面臨極為復雜、惡劣的太空環境，如何在減重等約束性條件下滿足探測器對能源的高需求，是研制團隊著力解決的問題。

在此次飛行中，鋰氟化碳電池技術首次應用在火星探測器進入艙中。其儲電能力是鋰離子電池的兩倍，并實現了5kg的減重目標，極大滿足了“天問一號”對于更輕裝配重量，更高能量存儲的需求。同時，新型電池的荷電保持能力極強，在軌長期貯存能力長達10個月之久。

△剛剛，中國首次火星探測任務天問一號探測器實施近火捕獲制動，環繞器3000N軌控發動機點火工作約15分鐘，探測器順利進入近火點高度約400千米，周期約10個地球日，傾角約10o的大橢圓環火軌道，成為我國第一顆人造火星衛星，實現“繞、著、巡”第一步“繞”的目標，環繞火星獲得成功。

自我管理 自主診斷

通常情況下，環繞地球運行的衛星都是由地面控制中心根據衛星的實時狀態和任務要求進行控制的。但與地球衛星不同，火星環繞器由于器地距離遠，通信延時大，往往來不及依靠地面指令對探測器進行實時處理。另外，深空探測器與地面站通信存在獨特的“日凌”現象，即當探測器、地球和太陽位置處于同一直線時，太陽輻射會干擾地火之間射頻信號傳輸，導致通信中斷，稱之為“日凌”。本次火星探測任務最長“日凌”達到30天。“日凌”期間，環繞器必須“自己照顧好自己”，依靠自身完成任務管理，并在出“日凌”后迅速自主與地面恢復聯系。

針對以上情況，環繞器綜合電子分系統的研制團隊進行了一系列技術攻關，設計了深空探測長時間無上行指令自主管理機制；設計了自主路由安全管理機制，解決了環繞器內模塊級的自主故障診斷和自主故障恢復，確保了環繞器長期自主模式下安全飛行；設計了整器斷電再恢復功能，解決了整器極端故障模式下的自恢復的難題。通過多系統多模式器上信息綜合自主處理方法，環繞器保證一級故障任務正常執行，二級故障整器安全，實現了環繞器在軌自主運行大于60天的能力。

明亮“眼睛”照亮奔火路

在天問一號飛近火星的過程中，如何能讓探測器依靠自己找到火星？這就需要光學導航敏感器發揮作用。

有了這雙明亮的“眼睛”，可以實時觀測火星的距離和方向，讓飛控團隊更直觀地確認飛行軌道和姿態，計算圖像中火星的幾何中心和視半徑，天問一號就可以通過最優估計算法來自主獲取實時位置和速度信息。這是我國首次在行星際轉移飛行過程中應用光學自主導航技術。

本次踏入環火軌道驗證了火星邊緣提取及輪廓亞像素擬合技術以及光學導航觀測量時間空間精確對準算法，獲取了大量有效的在軌數據。這標志著我國成為世界上第二個掌握并在軌驗證了火星光學自主導航技術的國家。