2 0 2 1 年5 月1 5 日，歷經(jīng)2 9 5 天的漫長(zhǎng)旅程，“天問一號(hào)”探測(cè)器成功著陸火星，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次地外行星的軟著陸，行星探測(cè)開啟了天問元年！

近5 億公里的漫長(zhǎng)旅程，是中國(guó)第一次真正意義上的深空之旅。實(shí)現(xiàn)了從地月系到行星際的跨越，在火星上首次留下中國(guó)人的印跡，這是我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的又一具有里程碑意義的進(jìn)展。

“天問”攜“祝融”成功“落火”，有咱陜西力量！

航天六院團(tuán)隊(duì)研制推進(jìn)系統(tǒng)。

航天科技集團(tuán)六院：七十八臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)近五億公里全程護(hù)航

距離2 0 2 0 年7 月2 3 日，在文昌航天發(fā)射場(chǎng)由長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭發(fā)射升空，“天問一號(hào)”探測(cè)器至今已在浩瀚星空中飛行將近1 0個(gè)月。航天科技集團(tuán)六院研制交付的7 8 臺(tái)各型發(fā)動(dòng)機(jī)，推舉長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭，助力“天問一號(hào)”探測(cè)器，將液體動(dòng)力的貢獻(xiàn)貫穿全程，在浩瀚宇宙中書寫出一個(gè)又一個(gè)新的奇跡。

實(shí)施新技術(shù)完成巡火任務(wù)

繞火星飛行，是我國(guó)第一次火星探測(cè)三步走任務(wù)“繞、著、巡”中的第一步，也是整個(gè)火星探測(cè)任務(wù)中技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)最高、技術(shù)難度最大的環(huán)節(jié)之一。由六院研制生產(chǎn)的3 0 0 0 N 軌控發(fā)動(dòng)機(jī)就是肩負(fù)著近火制動(dòng)任務(wù)的關(guān)鍵。要確保在1 5分鐘左右的時(shí)間里，把探測(cè)器與火星的相對(duì)速度從每秒5 .1 公里降低到每秒4 .5 公里，這要求發(fā)動(dòng)機(jī)不僅要快速點(diǎn)火啟動(dòng)，還要保證在額定點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定工作。

時(shí)延，是人類進(jìn)行深空探索面臨的共同難題。與嫦娥三號(hào)探測(cè)器類似，“天問一號(hào)”在降落過程中有降速、懸停、緩速下降等動(dòng)作，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)響應(yīng)能力要求很高。

在推進(jìn)分系統(tǒng)的前期設(shè)計(jì)中，六院研制團(tuán)隊(duì)使用了自主管理系統(tǒng)，讓探測(cè)器自己判斷突發(fā)情況自己采取行動(dòng)化解，實(shí)現(xiàn)當(dāng)判斷動(dòng)作時(shí)機(jī)到來時(shí)，“天問一號(hào)”能夠自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)。

按照計(jì)劃，近火捕獲開始1 5 分鐘后發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火就會(huì)結(jié)束，但因?yàn)轱w行的軌道設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開始后沒多久，“天問一號(hào)”就飛到了火星背面的“星掩區(qū)”，火星的遮擋完全中斷了探測(cè)器和地球之間的通信。為實(shí)現(xiàn)自主管理，確保任務(wù)順利完成，六院研制團(tuán)隊(duì)開展頭腦風(fēng)暴，分別為環(huán)繞器和著陸巡視器設(shè)想了1 0 余種自主管理方案和故障預(yù)案，比如發(fā)動(dòng)機(jī)貯箱欠壓、超壓等，為推進(jìn)分系統(tǒng)開展了發(fā)動(dòng)機(jī)故障自主切換冗余設(shè)計(jì)、配置了制導(dǎo)導(dǎo)航和控制系統(tǒng)等保障。

如何實(shí)現(xiàn)“最后一腳”穩(wěn)準(zhǔn)剎車

探測(cè)器要想成功著陸火星，需要在短短9 分鐘時(shí)間內(nèi)將兩萬多公里時(shí)速降為零，其間需要經(jīng)歷氣動(dòng)減速、降落傘減速、動(dòng)力減速、著陸緩沖等多個(gè)環(huán)節(jié)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)失誤都意味著登陸失敗。經(jīng)過一系列減速措施，“天問一號(hào)”來到距離火星表面約2 公里處，以約1 0 0 m/s 的速度不斷接近火星表面，這個(gè)速度相當(dāng)于目前我國(guó)高鐵的最高運(yùn)行時(shí)速，由航天六院研制的7 5 0 0 N 變推力發(fā)動(dòng)機(jī)就是最后動(dòng)力減速環(huán)節(jié)的主要工具。

“天問一號(hào)”采用的是由液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供反推力的方式來實(shí)施最后的減速，此方法已在嫦娥三、四、五號(hào)探測(cè)器落月過程中連續(xù)三次成功實(shí)施，火星著陸巡視器7 5 0 0 N 變推力發(fā)動(dòng)機(jī)正是落月用變推力發(fā)動(dòng)機(jī)的2 .0 版為了滿足火星探測(cè)器安裝結(jié)構(gòu)要求和減重需求，并提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能，研制團(tuán)隊(duì)首次在我國(guó)開展深空探測(cè)的航天器上將推進(jìn)分系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室從以往的低室壓方案改進(jìn)為中室壓方案，從而保證了相同推力情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)體積更小、性能更高。加上不斷創(chuàng)新和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，有效實(shí)現(xiàn)了推進(jìn)分系統(tǒng)的輕質(zhì)化需求。

佳木斯深空站。

西安衛(wèi)星測(cè)控中心：4 億公里外的硬核測(cè)控

著陸器緩慢下降、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火反向制動(dòng)、腳架伸開……5 月1 5 日7 時(shí)1 8 分，西安衛(wèi)星測(cè)控中心大廳內(nèi)，聽著調(diào)度里傳來“‘天問一號(hào)’著陸火星成功”的聲音，助理研究員黃靜琪一顆懸著的心才安全著陸，這一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)十個(gè)月的“持久戰(zhàn)”目前取得階段性勝利。

早在凌晨1 時(shí)許，黃靜琪就來到機(jī)房，和身邊的同事開始了漫長(zhǎng)的等待。

“超過數(shù)3 .2 億公里的地火距離、每次通信長(zhǎng)達(dá)1 8 分鐘的信號(hào)時(shí)延、超高精度時(shí)標(biāo)要求，要安全著陸真的是很不容易……”難掩心中的喜悅和激動(dòng)，黃靜琪告訴記者。

從任務(wù)準(zhǔn)備文檔的編寫，到精密軌道確定程序代碼的優(yōu)化與更新，再到探測(cè)器奔火途中的所有關(guān)鍵動(dòng)作、日常值班，這段時(shí)間以來，黃靜琪和身邊的同事幾乎一天不落地全程參與了“天問一號(hào)”任務(wù)。

和黃靜琪一起等待的，還有遠(yuǎn)在林海雪原的佳木斯深空站科技人員。

早在著陸的前一天，任務(wù)負(fù)責(zé)人韓雷帶領(lǐng)全站科技人員已經(jīng)上注完成上百條“天問”落火的延遲指令。

和黃靜琪忐忑的心情不同，屏幕前的韓雷內(nèi)心更多的是平靜。

平靜源自于對(duì)之前各項(xiàng)操作的絕對(duì)信心，以及對(duì)上百條指令無一差錯(cuò)的保證。

中途修正、近火制動(dòng)、遠(yuǎn)火點(diǎn)平面修正、繞火飛行……接近3 0 0 多個(gè)日日夜夜，從火箭上升的那一刻起，“林海牧星人”一直守候在測(cè)控崗位前，陪伴著“天問一號(hào)”從地球飛向火星。

2 0 2 0 年7 月2 3 日，“天問一號(hào)”成功升空后，作為我國(guó)深空探測(cè)主要力量之一的喀什深空站壓力倍增。為了能讓“天問一號(hào)”在浩瀚宇宙中辨明方向、穩(wěn)步前行，喀什深空站的航天人下了不小的功夫。作為任務(wù)主要負(fù)責(zé)人，在準(zhǔn)備階段，張雷就帶領(lǐng)所有科技人員精心組織籌劃，緊盯任務(wù)特點(diǎn)，認(rèn)真梳理任務(wù)文件，摸清理順設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)。

“奔火”問道，攬星九天，四億公里的距離已在身后。

航天科技集團(tuán)五院西安分院：確保3 分鐘精準(zhǔn)著陸

當(dāng)“天問一號(hào)”火星探測(cè)器中的著陸巡視器進(jìn)入火星大氣層的時(shí)候，安裝在其進(jìn)入艙上的專用雷達(dá)微波測(cè)距測(cè)速敏感器便開始加電工作。該設(shè)備由航天科技集團(tuán)五院西安分院研制，為火星探測(cè)器成功著陸提供精準(zhǔn)的速度和距離的測(cè)量信息，有力保障了火星探測(cè)器成功著陸在火星表面。

高精尖雷達(dá)提供保障

火星探測(cè)器由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，而微波測(cè)距測(cè)速敏感器猶如安裝在進(jìn)入艙上的“泊車?yán)走_(dá)”，是負(fù)責(zé)提供著陸速度和距離信息的最重要的敏感器之一，對(duì)整個(gè)著陸過程進(jìn)行安全把控。

在著陸巡視器整個(gè)著陸的過程中，微波測(cè)距測(cè)速敏感器在距離地面6 公里的時(shí)候開始工作，共工作3 分鐘。

那么微波測(cè)距測(cè)速敏感器是怎樣進(jìn)行測(cè)距測(cè)速，確保在火星平安著陸的呢？其主要依靠由4 部雷達(dá)集成在一起的微波測(cè)距測(cè)速敏感器，指向四個(gè)不同方向，同時(shí)完成測(cè)距和測(cè)速的測(cè)量。這4 部雷達(dá)猶如“火眼金睛”，獨(dú)立運(yùn)行，可以為火星探測(cè)器提供最原始、最真實(shí)的速度和距離信息，然后由火星探測(cè)器對(duì)各個(gè)單機(jī)產(chǎn)品提供的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，獲取探測(cè)器的實(shí)時(shí)高度和速度信息。著陸巡視器將結(jié)合光學(xué)成像以及微波測(cè)距測(cè)速敏感器的數(shù)據(jù)，通過平移來選擇最佳的著陸位置。

“立體通信測(cè)控網(wǎng)”扣緊關(guān)鍵一環(huán)

西安分院為“天問一號(hào)”火星探測(cè)器研制的測(cè)控?cái)?shù)傳分系統(tǒng)，在“地”與“火”之間搭建了地面測(cè)控站與著陸巡視器、環(huán)繞器及“祝融”號(hào)火星車之間的“立體通信網(wǎng)”。

作為我國(guó)首個(gè)火星探測(cè)器“落火”過程的“立體通信測(cè)控網(wǎng)”，測(cè)控?cái)?shù)傳分系統(tǒng)助力著陸巡視器成功著陸。在隨后的“祝融”號(hào)火星車探測(cè)巡視任務(wù)中，火星車還將與地面測(cè)控站建立多條通信鏈路，持續(xù)為后續(xù)的火星探測(cè)任務(wù)服務(wù)。這些“信息高速路”共同為火星與地球之間編織出了立體通信測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，將在“祝融”號(hào)火星車與地面之間的通信測(cè)控中發(fā)揮更加重要的作用。

據(jù)《陜工報(bào)》

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