北京時間2月10日19時52分，天問一號探測器實施近火捕獲制動，環(huán)繞器3000N軌控發(fā)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10°的大橢圓環(huán)火軌道，成為中國第一顆人造火星衛(wèi)星，實現(xiàn)“繞、著、巡”第一步“繞”的目標，環(huán)繞火星獲得成功。

制圖：李雪瑤

中國首次火星探測任務由地火轉移階段進入火星捕獲階段后，天問一號環(huán)繞器攜帶的中分辨率相機、高分辨率相機、磁強計、礦物光譜分析儀、離子與中性粒子探測和能量粒子探測器等載荷將陸續(xù)開始工作，對火星開展多維度探測。

自2020年7月23日成功發(fā)射以來，天問一號探測器已累計飛行202天，完成1次深空機動和4次中途修正。抵達火星時，天問一號探測器飛行里程約4.75億千米，距離地球約1.92億千米，器地通信單向時延約10.7分鐘，各系統(tǒng)狀態(tài)良好。

天問一號傳回首幅火星圖像。國家航天局供圖

天問一號這次“太空剎車”必須一次成功。科研人員是如何做足預案，讓天問一號探測器精準踩下“剎車”，成功實施火星捕獲的？記者采訪相關專家，一探究竟。

必須一次成功

在臨近火星時，天問一號環(huán)繞器啟動其配備的發(fā)動機進行推力減速，將速度降低至能夠被火星引力捕獲，成為一顆環(huán)繞火星的衛(wèi)星，否則探測器將飛越火星繼續(xù)圍繞太陽公轉。對于天問一號來說，近火制動只有一次機會，一旦錯過了，下一次合適的窗口期就得再等上很長時間。

打個比方，地火轉移軌道就像是一條以太陽為中心的橢圓形閉環(huán)高速，火星只是這條高速上的一個出口，一旦探測器不能及時剎車、從火星出口下高速，那就只能多繞一圈到下次路過該出口了。

2010年12月日本的“拂曉號”金星探測器就由于發(fā)動機故障而未能及時完成金星捕獲制動，直接飛越金星。直到2015年12月，它才再次回到金星附近，此時它已經(jīng)接近壽命末期，還好后來捕獲成功，不然就“此情可待成追憶”了。

在這關鍵的剎車段，中國航天科技集團研制團隊設計了相當靠譜的“剎車”方案，不僅可以準確判斷是否降至目標速度，在發(fā)動機推力減速控制的過程中，還可以全自主地對發(fā)動機推力的大小和方向進行實時判斷，并自主更新剎車參數(shù)及相應的控制算法，確?？煽俊⒕珳释瓿蓜x車。

1.92億公里外的全自動“剎車”

“對于軌道設計來說，近火制動這腳剎車力道大小是極為考究的，踩得太輕，就會飛離火星；踩得太重，則會對后面的飛行時序產(chǎn)生巨大影響。”天問一號軌道主管設計師高珊用生動的比喻來描述近火制動。

資料圖：2020年7月23日12時41分，中國在文昌航天發(fā)射場用長征五號遙四運載火箭成功發(fā)射首次火星探測任務天問一號探測器。駱云飛 攝

火星引力的“捕獲窗口”有限，要求探測器在15分鐘內(nèi)將速度從28km/s(公里每秒)降低至約1km/s。與常規(guī)衛(wèi)星可以由地面實時操控不同，“制動捕獲”過程中，天問一號探測器距離地球約1.92億公里，地球與探測器之間的數(shù)據(jù)通信單向時間延遲超過10.7分鐘，探測器必須完全依靠自身來完成發(fā)動機點火和關機，克服發(fā)動機點火期間的擾動，并實現(xiàn)點火方向和點火時長的精確控制。

天問一號環(huán)繞器副總設計師朱慶華說，“在失去地面實時測控的環(huán)境下，我們只有通過方案設計，充分考慮發(fā)動機推力存在偏差、探測器質(zhì)心不斷變化等情況，全自動地執(zhí)行精確軌道控制，再通過多因素組合的測試和仿真分析，讓控制方案更加可靠。”

航天“天團”全程護送

天問一號探測器在2020年7月23日從地球出發(fā)，歷經(jīng)炎炎夏日、颯颯金秋、瑟瑟寒冬，歷時近7個月的長途跋涉終于抵達環(huán)火軌道。

資料圖：2020年10月1日，中國國家航天局發(fā)布中國首次火星探測任務天問一號探測器飛行圖像，圖上的五星紅旗光彩奪目，呈現(xiàn)出鮮艷的中國紅。這是中國天問一號探測器首次深空“自拍”。中新社發(fā) 中國國家航天局 供圖

從奔火啟程的那一天起，中國航天的科研人員便日夜對其狀態(tài)進行細致的判讀，一路上四次中途修正，一次深空機動，兩次狀態(tài)自檢，讓天問一號的火星之旅程更加踏實。

這次近火制動，159名科研人員在北京航天飛行控制中心協(xié)同工作，24小時連續(xù)跟蹤；更有中國航天科技集團五院飛行控制的“最強天團”坐陣，他們中有中國科學院院士葉培建等16名技術專家和顧問、5名“兩總”、61名各個崗位的飛控人員。正如受訪專家所言，在臨近春節(jié)之際，天問一號探測器如愿進入環(huán)繞火星的軌道，也給全國人民拜了個早年，提前送上牛年的祝福。

“日月安屬？列星安陳？”從環(huán)火開始，天問一號這顆中國制造的航天器，就正式成為火星的衛(wèi)星。后續(xù)，天問一號還要進行一次軌道調(diào)整和兩次近火制動，屆時天問一號離火星最近距離只有265公里。之后，天問一號探測器會邊環(huán)繞邊完成拍照任務，開展預選著陸區(qū)探測，計劃于2021年5月至6月?lián)駲C實施火星著陸，開展巡視探測。