綜合新華社四川日報 2020年07月24日
7月23日，我國首次火星探測任務“天問一號”探測器成功發射升空
2300多年前
愛國詩人屈原仰望星空，以《天問》提出177個問題，闡發對宇宙萬物的理性哲思
2300多年后
我國首次火星探測任務被命名為“天問一號”，厚植于中華民族傳統文化精髓，體現著跨越兩千多年的不懈求索
世界首次一步實現火星探測“繞、著、巡”，最遠距離達4億公里如何實現超遠距離深空通信？火星探測器發射后將經歷怎樣的歷程到達火星？23日，“天問一號”探測器成功發射升空，記者梳理了一份此次火星探測的“觀賞指南”。
此去前路漫漫 還有諸多挑戰
世界首次 一步實現“繞、著、巡”
火星是離地球較近且環境最相似的星球，一直是人類走出地月系統開展深空探測的首選目標。目前，人類已對火星實施了44次探測任務，其中成功了24次，火星是目前人類認識最深入的行星之一。
通過以往對火星的探測，人們在火星上發現了存在水的證據。火星上是否存在孕育生命的條件以及火星是地球的過去還是未來？這些問題一直縈繞在科學家心頭，成為火星研究的重大科學問題。
我國首次火星探測任務憑借火星環繞器和著陸巡視器的超強陣容，可一步實現火星“環繞、著陸、巡視”三個目標，這是其他國家在首次實施火星探測任務時從未實現過的。基于現有航天能力，“奔火”飛行7個月左右即可到達。
臨門一腳 制動捕獲“踩剎車”
火星捕獲是火星探測任務中技術風險最高、最為重要的環節之一，在火星探測器從地球飛向火星的過程中，能夠被火星引力所捕獲的機會只有一次。利用火箭助推，探測器獲得了擺脫地球引力的能量，使用精心設計的轉移軌道，探測器能夠最終順利抵達火星附近。
然而，受限于攜帶的推進劑有限，環繞器在抵達火星后，必須把握住唯一的機會對火星進行制動捕獲。此次火星探測任務捕獲時探測器距離火星僅400公里，而此時探測器相對火星的速度高達4到5公里每秒，一不留神就會撞擊火星或飛離，捕獲的成功與否成為火星探測任務成敗的關鍵。
在這一制動捕獲過程中，火星環繞器面臨諸多挑戰。由于捕獲時探測器距離地球1.93億公里，單向通信時延達到10.7分鐘，地面無法對這一制動過程進行實時監控，只能依靠探測器自主執行捕獲策略。此外，在制動過程中，環繞器需要在自身出現突發狀況時自主完成相應處理，最大限度保證火星捕獲成功。
4億公里 超遠距離深空通信
環火飛行階段，由于地球和火星的運行規律，探測器距離地球最遠達到4億公里。為了解決超遠距離通信問題，火星環繞器裝備了測控數傳一體化系統，實現了系統重量輕、通信效率高、通信鏈路可靠的目標。
為補償空間衰減，火星環繞器配置了大功率行波管放大器以及大口徑可驅動的定向天線，大幅度提高探測器到地球通信能力。
自主管理 探測火星需要會思考的“大腦”
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。但火星環繞器由于探測器到地球的距離遠，通信延時大，無法完全依靠地面指令對星上出現的突發狀況進行實時處理。
此外，環繞器與地面站通信有其空間的特殊性，導致通信中斷（“日凌”）的時間最長可達30天，其間需依靠自身完成長期任務管理，并在出“日凌”后及時調整天線指向，迅速重新與地面建立聯系。
據悉，在此次火星探測任務的關鍵節點，自主管理同樣需要發揮巨大作用。在火星探測器進行環繞器與著陸巡視器分離時，環繞器需在短時間內完成3次調姿和2次變軌，對姿態及位置測量及控制精度要求非常高。
多樣載荷 給火星拍個“中式定妝照”
此次火星環繞器上共搭載7種有效載荷，可對地火轉移空間、火星軌道空間、火星表面及其次表層開展科學探測，獲取行星際射電頻譜數據、火星表面圖像、火星地質構造和地形地貌、火星表層結構和地下水冰分布、火星礦物組成與分布、火星空間磁場環境、近火星空間環境和地火轉移軌道能量粒子特征及其變化規律。
其中中分辨率相機可對火星全球開展地形地貌普查，高分辨率相機可對火星重點地區開展局部高分辨率地形地貌詳查，將為火星拍下來自中國的“定妝照”。
準備12年 全方位支撐“繞、著、巡”
“天問一號”火星探測任務，國際上首次實現“繞、著、巡”一氣呵成。
在川央企中電天奧參與完成了測控系統、運載火箭系統、發射場系統和地面應用系統四大部分任務。“我們準備了12年。”該企業負責人說，12年前獲得“中國深空第一站”——佳木斯66米深空測控站研制任務。此次，“天問一號”火星之旅“繞、著、巡”都離不開深空測控站的支撐。
“繞”，精準飛向火星。此次任務中，由環繞器和著陸巡視器組成的探測器需在太空中飛行7個月左右，才能到達火星。到達火星后，“天問一號”進行制動，被火星引力捕獲進入環繞軌道，成為環繞火星飛行的人造衛星，對火星的地形以及著陸點進行勘測。佳木斯66米深空測控站采用的捕獲技術好比“聽診器”，負責在外太空噪聲中捕獲探測器信號，為探測器對火星的地形地貌勘測等提供保障。
“著”，不再恐懼“黑暗7分鐘”。條件合適時，著陸巡視器將與環繞器分離軟著陸于火星表面，這個時間僅7分鐘，即航天人口中的“黑暗7分鐘”——由于距離遙遠功率受限、數據速率極低，地球上的飛行控制中心很難精準掌握著陸器降落情況。中電天奧的研發團隊通過數據慢幀處理策略的優化，提高信息有效幀數量，能得到更多著陸巡視器降落時的寶貴信息。
“巡”，做好火星探測“記錄者”。當著陸巡視器在火星表面開展巡視探測時，環繞器也將開展為期2年的中繼和遙感探測。在這一階段，佳木斯66米深空測控站還可以起到手機的作用，實現圖像等數據的接收，并解調巡視器拍攝的火星表面的圖像，為全面掌握“人類第二家園”的特征提供支持。
“天問一號”火星之旅
“四川造”在護航
□川報記者 朱雪黎
7月23日，我國首次火星探測任務“天問一號”探測器在文昌航天發射場升空，正式開啟了中國人自主探測火星之旅。承載此次“天問一號”發射任務的，是長征五號遙四運載火箭。
這趟意義非凡的“火星之旅”中，有多項“四川造”助力護航。
100%合格 長五遙四上有“四川造”
作為火星探測任務多種關鍵產品的重要制造單位——位于成都的四川航天技術研究院，主要負責了長五遙四火箭上配電器、附加控制器等重要單機及地面測發控整體系統的生產制造任務。任務啟動至今，已完成35項129臺(套)產品的生產交付任務，產品交付合格率100%。
此次共交付液壓阻尼作動筒、分離火箭等。其中，交付長五遙四火箭用火工品占箭上全部火工品的95%以上。此外，成功應用在火星探測器上的兩種電磁閥產品，組成了配套的發動機推進系統。
該研究院相關負責人介紹，針對長五遙四火箭“長壽命、高可靠”等技術特點，根據機械加工、電子裝聯等8大類不同專業的產品特點，研究院制定了近千份工藝指導和保障文件。“研發設計人員對設計方案和性能反復論證、試驗、修改，不斷提升產品的安全性、穩定性和可靠性。”
