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刚刚，中国探测器首入火星轨道，5月落火

2021-02-11 11:37

来源：澎湃新闻·澎湃号·媒体

MARS

北京时间2021年2月10日晚8点多，我国自主研制的首个火星探测器“天问”1号，成功实施近火捕获制动，进入火星轨道，成为我国第一颗人造火星卫星。

19:52:30开始近火制动

20:02:42 进入通信阴影区

20:08:12 结束近火制动

20:37:02出阴影区

20:58:24恢复通信

确认入轨成功

晚了一天？世界第6

就在此前十几个小时，北京时间2月9日23时42分，阿联酋的“希望”号火星探测器经过6个多月的飞行，成功进入火星轨道，正式开启火星探测任务，成为今年中国、美国、阿联酋三国火星探测任务中首先抵达火星轨道的探测器，也为今年阿联酋成立50周年献上了一份大礼。

“希望”号的成功入轨，使得阿联酋成为世界上第五个到达火星的国家。而我们中国的“天问”1号晚了一天，屈居第六。

“希望号”于2020年7月20日05时58分（我国天问晚发射3天），由日本H-2A运载火箭发射升空。它的探测载荷均由美国包办研制，探测器总装制造也由美国科罗拉多大学大气和空间物理实验室（LASP)负责，阿联酋团队深度参与了研制工作。

“希望号”安装的太阳能电池板

它的轨道转移时间为211天，随后变轨插入火星轨道，在捕获轨道上运行2个多月后，最终进入近地点2万公里、远地点4.3万公里的椭圆轨道。这就意味着任务结束千百年后，它也不会落到火星上，避免了对火星可能造成的污染。

2020年，是火星探测器发射大年，除了“希望”和“天问”，美国的“毅力”号7月30日发射。此时，“毅力”也正在奔向火星路上。

“希望”只绕飞，“毅力”会选择直接落火星（毕竟有了多次成功着陆的经验）。

“天问”呢？

创造历史一次实现绕落巡

“天问”1号在本次成功“刹车”完成火星捕获，进入环火轨道后，将在5月择机开展着陆、巡视等任务，进行火星科学探测。

人类探测火星起步于20世纪60年代，2020年之前共实施了44次火星探测任务，只有8次成功着陆，比率仅为18%。

本次任务成功后，我国将成为世界上第一个首次通过一次任务实现火星环绕和着陆巡视探测的国家，也将成为世界上第二个实现火星车安全着陆和巡视探测的国家。

为了这个第一和第二，中国航天人准备了许久，就连“天问”1号都飞了很久。

出发飞向下一个家园

2020年7月23日12时41分

“长征”5号运载火箭

在中国文昌航天发射场

点火起飞

中国迈出行星探测的第一步

奔向火星

这是“长征”5号运载火箭

首次执行应用性发射

成功将“天问”1号火星探测器

送入预定轨道

▲ 长征五号运载火箭点火升空（王磊摄）

此后，“天问”1号，开启了为期6个多月的地月“流浪”

拍拍拍天问1号一路走一路摄

流浪的路上，也没闲着。

“天问”1号从进入地火转移轨道开始，就一路狂奔向火星，但偶尔也欣赏一下沿路的风景，遇到美景也会忍不住发回地球母星，与人类共享。比如下面这张：

这是“天问“11一号在距离地球120万千米处拍摄的地月合影。

无奖竞猜

Q：猜猜哪个是月球？

A：大的新月状球体为地球，小的新月状球体为月球。

你猜对了吗？

这是“天问”1号在距离火星约220万公里处获取了首幅火星图像，图中，火星阿茜达利亚平原、克律塞平原、子午高原、斯基亚帕雷利坑以及最长的峡谷—水手谷等标志性地貌清晰可见。

Q:猜猜为什么这张照片里火星不是红色的？

特别通知：春节期间，航知微店自2021年2月6日至2月17日暂停发货，期间均可正常下单，18日起

A：本次成像模式采用黑白成像。

为什么拍张黑白照片呢？

航天科技集团相关专家表示，“天问”1号用光学导航敏感器，在浩瀚的星空中找到火星后，测出相对角度，然后控制“天问”1号精准指向火星，再用高分相机对火星拍摄，就出现了本文开头的那张照片。

这其中的光学导航敏感器小编有必要讲讲哈，毕竟学了5678年天文导航哈。

在地球上，咱们导航靠GPS，靠北斗，但是当“天问”1号飞离地球后，上述导航系统就鞭长莫及了，探测器会利用传统的天文导航，就是看星星的位置来判断自己所在的位置。

光学导航敏感器是指应用于空间环境中基于光学探测原理获取航天器姿态或导航信息的敏感器。

“天问”1号上的光学导航敏感器在飞近火星的过程中通过对火星成像，利用火星图像计算火星的形心位置和视半径大小，结合估计算法获取探测器相对于火星的实时位置和速度信息。这些信息对今天被火星准确捕获也起到至关重要的作用。

但即使知道自己的位置所在，这一脚刹车，也不好踩。

刹车有多难？自主控制分秒不差

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。

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。整个制动过程的控制必须十分精准。

探测器制动捕获有一个原则，轨道越低，发动机越省能量，制动效率也就越高。但对于距离上亿公里的火星，探测器的位置测量和控制都可能出现误差，如果制动点的轨道高度过低，可能导致探测器撞向火星表面。

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。如果制动时间过长导致制动力度过大，探测器也会面临坠毁的风险。

只有刹车时机和时长都分秒不差，才能形成理想的捕获轨道。

Q：谁控制？

A：探测器自己。

因为地球与月球之间的平均距离约为38.44万千米，对于测控通信来说，延时不过约1秒钟。而天问一号实施近火制动时，地球与火星的距离超过1.8亿千米，单向通信延时达到10分钟以上。来不及呀！

自主控制绝非只靠地面准备指令，探测器执行就能完成，而要大量依赖于测量手段。为了确保测量准确，在执行关键动作的飞行器上都有多个传感器，通过多种途径和不同手段，结合地面测量数据，判断测量结果是否精确。在执行指令时，也会通过传感器来反馈执行情况。当遇到意外情况，来不及等待地面处理时，探测器也会自行判断，然后按照预案自行应对。

火星我们只看到1%

“天问”1号火星探测器由着陆巡视器和环绕器组成，着陆巡视器包括进入舱和火星车。

根据“天问”1号团队在英国《自然·天文学》杂志上发表的论文，其环绕器有一长串科学目标要达成。它将沿极地轨道绕火星飞行，绘制这颗行星的形态学和地质学地图，同时利用环绕器次表层探测雷达来测量火星上的土壤特性和水冰分布。它还将收集火星电离层、电磁场和引力场的数据。最后，它将充当火星车与地球之间收发信息的通信中继站。

2021年5月，也就是抵达环火星轨道3个月后，着陆巡视器将与环绕器分离，带着火星车降落在乌托邦平原。

火星车将利用自带的次表层探测雷达，对环绕器研究火星表面土壤特性和水冰分布的工作进行补充。它还将对火星表面物质成分、火星气候和表面环境的特性进行分析。

之前若干太空探测器都发现了火星表面或地下可能存在水的证据。但“天问一号”的环绕器和尚未命名的火星车都将利用雷达设备来寻找火星上有水的更确凿证据。

NASA喷气推进实验室行星地球物理学家、NASA“洞察”号火星探测任务副首席研究员休·斯姆雷卡尔说：“我们只看到了不到1%的火星。”乌托邦平原是火星上很多尚未被全面探索过的地点之一。