“天问一号”如何打好“漂移”、踩好刹车
2021年2月10日，“田文一号”火星探测器成功实施近火刹车，完成火星捕获，正式进入绕火轨道。目前探测器各系统状况良好，近火刹车后轨道精度非常高，为后续环火飞行的顺利开展赢得了“良好的开端”。
在前往火场的途中，田文一号如何做好“漂移”，踩下刹车，识别出围绕火场的各种复杂轨道？这些都离不开航天科工五院总体设计部轨道设计团队的星际领航。下面，我们来听听田文一号的赛道设计团队怎么说.
奔火路上需要中途修正和深空机动
自2020年7月23日发射以来，已经踏上本火高速公路的田文一号已经完成了四次轨道修正和一次深空机动。与嫦娥一号系列探测器在地月空间飞行不同，田文一号是一次星际航行，三天后发射，已经完全脱离地球引力场。为了保证其顺利飞行，第五航空航天研究院为其精心设计了最优飞行轨道，并制定了详细全面的控制策略，帮助田文一号在导航中准确飞行。
在地面火力转移的高速公路上，“田文一号”长期处于无动力飞行状态，不可避免地会受到轨道偏差、控制偏差等摄动因素的影响，导致与预定轨道产生一定的偏差。为了飞得更接近理论轨道，需要轻轻转动“方向盘”，慢慢踩下“油门”，通过中途修正调整飞行方向和速度的细节。
深空机动是田文一号在高速射击途中需要掌握的一项漂流技能。与中途修正相比，深空机动是一种更可控的轨道控制动作，它使探测器能够通过大转弯或漂移从地球的公转面进入火星的公转面，并精确瞄准火星。“从轨道设计的角度来看，深空机动主要是调整探测器绕日轨道的大小和倾角，以满足到达火星的需要。”该项目负责人、研究员周对此进行了解释。
只有一次机会，必须精准踩下刹车
在第四次中途修正后，“田文一号”保持了稳定的飞行路线，到达了火星附近。在中国人庆祝春节的那一天，火星迎来了新的探险者。从地球火转移轨道到环火轨道，需要通过近火制动来捕获火星，从而完成太阳中心轨道与火中心轨道的平滑衔接。
田文一号需要准确识别通往火星的高速路标，缓慢刹车，小心谨慎地行驶在通往火星轨道的坡道上。“对于赛道设计，靠近火闸的脚的制动力极其优雅。如果——太轻，会飞离火星；如果踩得太狠，会对后续的飞行时机产生巨大的影响。”这条赛道的总设计师高山生动地描述了它。
在完成第四次中途修正后，“田文一号”进入了一个合适的窗口期，需要准确踩刹车，即通过近火刹车捕捉火星，一步进入绕火轨道。对于田文一号来说，火附近刹车的机会只有一次，因为下一个合适的窗口期在2033年。
跟踪控制面临的另一个巨大挑战是通信延迟。由于探测器距离地球太远，即将进入绕火轨道的田文一号与地球之间的通信延迟超过10分钟，这意味着无法实时监控和响应火星捕获。面对这样一个“盲点”，轨道设计团队配合控制系统分析了近1000个故障情况，确定了关键参数和阈值，编制了近200个故障预案，以确保火星探测车能够在地面无法实时控制的情况下，正确判断和应对可能出现的情况。
通过复杂的轨道控制来保证“泊车”
这是中国航天器第一次接近火星。要设计一次达到“盘旋、着陆、巡逻”三个目标的轨道是非常困难的。
“田文-1”火星探测器由一个环绕和一个着陆巡逻组成。为了保证登陆巡逻队顺利登陆火星，“田文一号”需要复杂的轨道控制来保证“停车”。
据悉，火星捕获完成后，进入环火轨道的“田文一号”将面临更大的考验：在遥远的火点进行一次飞机机动，调整飞行的轨道倾角，为后续的“停车”工作奠定基础；回到近火点时，要“慢慢踩刹车”，进入靠泊调相航迹，调整航迹周期，保证航迹通过预定着陆点；当停泊的调相轨道再次到达近火点时，田文一号需要第三次刹车进入停车轨道，并多次保持在轨道上对着陆区域进行拍摄和成像，以保证着陆巡逻队能够在预定的时间和地点着陆。
“在正确完成前面的步骤后，‘田文一号’再次减速进入停车轨道，对着陆区进行成像，并选择合适的位置完成‘停车’的最后一步。——包围与登陆巡逻分离，登陆巡逻进入火星大气层。”赛道设计团队的工作人员强调。
(光明日报记者 张蕾)
