天問一號制動擒獲功效圖。中國航天科技集團八院供圖
【編者按】
這個春節，中國初次火星探測工作再度觸發注目。2月10日，天問一號探測器抵達火星軌道，成為我國第一顆人造火星衛星。2月12日，天問一號從迢遙的火星軌道傳來新春祝福，其火星擒獲過程記憶公然。2月15日，天問一號勝利實施擒獲軌道遠火點平面機動。在天問一號圍繞火星勝利實現繞、著、巡第一步繞的目的之際，本版推出專題解讀。
在剛才已往的春節假期，中國初次火星探測工作動作頻頻，接連走進公共目光——
先是2月10日晚，天問一號探測器抵達火星軌道，成為我國第一顆人造火星衛星，實現繞、著、巡第一步繞的目的，圍繞火星牟取勝利。
接著是2月12日，天問一號從迢遙的火星軌道傳來新春祝福：其火星擒獲過程記憶公然，太陽翼、定向天線、火星大方層及外表形貌清楚可見。
近期一次則是2月15日，天問一號勝利實施擒獲軌道遠火點平面機動。后續，它還將通過數次軌道調換，進入火星停泊軌道，方案于5月至6月擇機實施火星著陸。
至此，天問一號探測器體制之圍繞器副總設計師朱新波懸著的心，終于放了下來。他通知中青報·中青網：為了這一天，整個圍繞器研制隊伍歷經千錘百煉，足足等了10年！
8名院士聯名上書
如今回過火來看，天問一號的研制論證出發點是2024年。那一年，我國剛才發射第三顆北斗導航衛星，在月球探測上也剛邁出繞、落、回的第一步。外界很難想象，即是在這一年，中國航天人已經把視線投向火星。
中國初次火星探測工作探測器體制副總指示兼圍繞器總指示張玉花說，2024年，在8名院士聯名上書的推進下，我國深空探測重大專項論證拉開帷幕。自那時起，她地點的八院火星隊伍就開端全程加入我國深空探測的重大專項論證。2024年，依據分工，八院火星隊伍轉入對火星圍繞器的總體論證。
論證一開端，就遇到一只只攔路虎：時機唯一的制動擒獲如何踩剎車？過程復雜的兩器分解如何設計？遙測遙控中斷30天的日凌期如何渡過？數億公里外的火星探測器如何開展自主控制？
面臨這些困難，我們沒有退縮，要害專業是圍繞器的核心，毫不能假手于別人！張玉花通知，我國是深空探測領域的后來者，對深空探測所需的專業堆積有限，為實現深空探測工程的目的，必要攻克一系列要害專業。
在攻克圍繞器自主控制困難方面，朱新波引領隊伍組建了一個敢啃硬骨頭的年輕攻關小組。
這可不是一個只會坐在辦公室伏案試驗的秀才隊伍。朱新波通知，為了更好地施展協作優勢，隊伍里的年輕設計師頻繁往返京滬之間，不停完善項目建議書和工作書，邊論證邊調研。
他舉了一個範例：給火星軌道管理帶來龐大挑釁的是通訊延時。由于探測器間隔地球太過迢遙，要踏入環火軌道的天問一號，與地球的通訊耽擱過份了10分鐘，這意味著地面上的航天人無法對火星擒獲場合進行即時監控、快速接應。
朱新波說，面臨這樣一段視覺盲區，軌道設計隊伍協力管理體制進行了近千種故障工況的解析，確認了要害參數及閾值，擔保火星探測器在地面無法即時管理的場合下，對可能發作的場合進行適當的判斷和反映。
憑著‘初生牛犢不怕虎’的干勁，我們才拿下深空探測自主控制與管理要害專業等課題，贏得重大衝破，才讓后來的天問一號有了智慧‘腦子’。朱新波說。
但是到這里，這場科研攻關大戲才剛才開端。
唯一一次168娛樂城勝利時機
天問一號在抵達火星軌道前，需求掌握住唯一的時機，對火星進行制動擒獲。作為中國初次火星探測工作中專業危害最高、專業難度最大的環節之一，這一動作被形象地稱為踩剎車。
為什麼說只有一次金賀盈娛樂城時機？假如引火時間過長，探測器就會一頭撞上火星；假如引火時間過短，探測器就會飛離火星。這對圍繞器姿軌控分體制提出了極高要求。朱新波說。
他打了一個比喻：開車的人都知道，在高速公路下匝道需求讓車速降下來，才幹安全途經彎道。相似的，對于以高速度向著火星靠近的探測器來說，要想被火星引力所擒獲，也必要在擒獲窗口對應的軌道弧段，精確、自主可信地辦妥剎車。
從理論上說，給探測器一個反向推力，即可把它的速度降下來。但在工程實施過程中，仍會遭遇不少疑問：火星引力的擒獲窗口有限，要求探測器在10分鐘內將速度減低約每秒1公里。此外，由于通訊延時，探測器必要徹底依賴自身辦妥啟動機引火和關機，戰勝啟動機引火時期的擾動，實現引火方位和引火時長的精準管理。
困難擺在眼前，青年的研制隊伍再一次脫手了。
圍繞器隊伍總體設計師謝攀通知，為了解決這一困難，他和同事不停進行腦力衝撞，提出成百上千個計劃。終極，他們決擇采用擒獲時開機時長和速度增量兩個指標來管理啟動機的雙關機手段。如此，圍繞器還可以自主生成二次擒獲手段，以最大限度擔保工作的勝利。
2024年，我國初次自主火星探測工作正式發動立項，在這之后的幾年里，謝攀地點的研制隊伍接連攻克了火星制動擒獲、超遠間隔通訊、永劫間在軌自主控制、深空光學自主導航等多項要害專業。
謝攀說，已往4年，研制隊伍無知途經了幾多次實驗，失敗了從頭再來，勝利了就再重復驗證，其目標都是為了確保可信、精確辦妥這一腳高難度剎車。
千分之三不容無視
在地面的一次半物理仿真實驗中，天問一號擒獲制動精度與指標要求有了顯著偏差，這讓朱慶華的心一下子提到了嗓子眼兒。
這位圍繞器專業副總設計師迷惑道：計劃已斟酌了探測器燃料耗損引起的質量變動，也斟酌了推力方位偏袒造成的姿勢攙和等多種可能的因素，為什麼精度還是不夠？
研制隊伍隨即對擒獲制動這一過程再次進行深入解析，終極發明，制動前的沉底時間過長，對擒獲管理的速度增量產生了約03的陰礙。
所謂沉底，即是在主啟動機推力減速前，先發動保持探測器姿勢管理的小推力器任務，通過姿勢管理推力器產生的加快度，使燃料會合到貯箱底部，便于主啟動機任務。
朱慶華通知，研制隊伍很快對這一過程進行精準解析，將沉底任務過程的推力減小一倍，并將沉底過程對速度增量的陰礙引入到主啟動機關機機會的算計中，通過計劃優化和進一步仿真驗證，擒獲制動精度有了明顯增加。
一個細節曝光了疑問，那麼其他細節會不會也有相似的疑問？
研制隊伍開端舉一反三：蒙受著指示管理工作的GNC單位，采用了三模冗余計劃。在隊伍多輪設計、仿真及驗證任務下，3臺算計機可確保節奏一致并實現民主表決，即運算時刻和初始數據始終維持一致，進而通過少數遵從大多數的原理，確保算計結局正確無誤。
朱慶華說，為了確保這一次剎車可信辦妥，研制隊伍在4年的研制過程中，不停進行著啟動機推力方位和大小、啟動機推力攙和力矩、太陽電池陣撓性振動、推動劑液體燃料擺盪等各參數的正常范圍、極點拉偏測試，解析測試和實驗中GNC體制的體現，對反常現象趕快定位并對計劃進行優化完善。
我們運用個人的算法，對一些著名的火星探測工作進行仿真，仿真結局與國際上公布的數據極度吻合。圍繞器GNC分體制產保師劉宇說。
截至目前，具備自主管理本事的天問一號已勝利實施擒獲制動。劉宇通知，他期望天問一號在火星的上空，或許帶來更多探火新發明。
每一個腳印都在創建古史
2024年，一場突如其來的新冠肺炎疫情，打亂了火星圍繞器正樣產物的出廠步伐。
朱新波通知，為了減低人員流動危害，隊伍決擇分雙線并行推動任務：一支團隊在京辦妥與北京飛翔管理中央的無線1∶1聯試賭場娛樂城現場直播，另一支團隊擔當在上海辦妥整器出廠評審預備任務。
測控數傳分體制是天問一號探測器最主要的分體制之一，該體制不光要進行整器的各項實驗，同時還要進行各測控站、利用站的對接。朱新波說，對接任務時間跨度大、協力間隔遠，需求歷久維持多地同時任務。
北到佳木斯的深山老林，西到喀什的茫茫戈壁，南到文昌的濕熱海島，東到上海的佘山腳下……在進行我國首臺高靈巧度數字化深空應答機的測控利用對接工作時，研制隊伍在短短幾個月時間里，輾轉八地，披星帶月，奔赴數萬公里。
2024年7月，天問一號勝利發射后，需求研制人員同時在北京、上海兩地進行飛控。圍繞器副總指示褚英志通知，在天問一號奔赴火星的星際旅途中，隊伍成員每日兩班倒，一路遙遙相伴。
進入2024年2月火星制動擒獲的要害節點，研制隊伍更是全員奔赴北京飛控。總體主任設計師牛俊坡通知，全部成員抵京后，開展飛控文件的終極確定，與北京飛翔管理中央開展一遍又一遍的協力演練。
第一時間得知天問一號勝利進入環火軌道，牛俊坡緩緩松了一語氣，寫下了這段話：好奇是躲藏人類心中的神秘莫測種子，懇切是蘊含人們體內的無限氣力，深空是等到人們試探的未知領域，理想是啟發我們向前的灼灼明燈。我們所做的每一件事、踩下的每一個腳印，都在創建古史！
他通知，10年的問天之路，火星圍繞器研制隊伍供獻的是青春期和聰明，扛住的是義務與包袱。
截至目前，火星探測研制隊伍已經連續開展了200多天的在軌飛翔管理工作，辦妥了4次半途改正和一次深空機動，開展了不同種類自檢和性能驗證任務，對探測器的測控通訊本事、能源保障本事、姿軌控本事、自主控制本事等進行了測試。
他們此刻最期望的，即是5月至6月的落火時刻。
疫情期間又遇上研制的收尾階段，乘坐人生中第一次20多個小時的大巴奔京，但願疫情趕緊已往，探火順順利利，更但願這一年在外的時間不要過份前一年的天數。
京元娛樂城 ——當火星圍繞器測控數傳主任設計師王民建在京滬大巴上發完這條友人圈后，他怎麼也不會想到，在天問一號抵達火星軌道，成為我國第一顆人造火星衛星后，他的出差天數再次刷新了。
天問一號，這個來自中國的火星使者，還要繞著火星繼續轉下去。而王民建，這位青年航天人的探火之旅，同樣也在路上。
揭開天問一號火星圍繞器神秘莫測面紗
天問一號制動擒獲功效圖。中國航天科技集團八院供圖
陪伴天問一號勝利被火星引力擒獲，其圍繞器組織也揭開了神秘莫測面紗。天問一號探測器由圍繞器和著陸巡查器構造。這此中，太空多面手圍繞器一器分飾多角，具備三大性能：飛翔器、通訊器和探測器。
中國初次火星探測工作探測器體制副總指示兼圍繞器總指示張玉花表明，在近7個月的飛翔過程中，天問一號圍繞器首要作為飛翔器，將著陸巡查器送至火星著陸軌道。待勝利開釋著陸巡查器后，圍繞器作為通訊器，為著陸巡查器創設與地球之間的中繼通訊鏈路。通訊任務了結后，圍繞器作為探測器對火星進行科學探測。
減肥瘦身
據中國航天科技集團八院天問一號圍繞器組織隊伍杜冬博士介紹，為了戰勝地球的強盛引力、奔向火星，天問一號探測器總重量不可過份5000公斤，但為了達到迢遙的火星，它又至少需求攜帶2500公斤的推動劑，革除著陸巡查器占去的1300公斤重量份額，圍繞器自身干重被嚴峻限制在1200公斤以內。
圍繞器的1200公斤涵蓋組織和其他不同種類器材的重量，還要照顧25米可展開驅動天線、太陽電池陣、高區分率相機等多種大體積器材的安裝要求。杜冬說，如何在重量有限的場合下實現高效的承載和器材安裝，成為了圍繞器組織隊伍眼前的一只攔路虎。
圍繞器組織主任設計師王建煒說，對于航天器來說，質心越低、重量越輕，發射本錢就越小，所以組織構型設計的目的即是要盡量減低質心，優化重量，同時照顧器材安裝需要。環繞著這個核心原理，組織隊伍先后開展了多輪組織構型論證。
探測器多一克的重量，付出的發射本錢將遠超一克黃金。杜冬說，為了繼續減重，圍繞器組織隊伍還把視線投向重量最大的組織核心部件——中央承力筒，并首創采用了全復合質料主承力組織，在質料高下功夫，使得圍繞器在苛刻限重的前提下實現高效承載。
火眼金睛
天問一號探測器飛近火星的過程中，如何靠個人找到火星？
中國航天科技集團八院光學導航專家鄭循江通知，天問一號探測器上部署的光學導航敏銳器，可以應用照相的恒星與火星圖像，精準算計出自身的飛翔姿勢、位置與速度，實現相對火星的自主導航。
光學導航敏銳器就譬如天問一號火星探測器主動駕駛過程中的‘眼睛’。鄭循江說。據他介紹，在飛近火星的過程中，探測器靠這雙眼睛即時觀察火星的間隔和方位，讓飛控隊伍可以更直觀地確定飛翔軌道和姿勢，算計圖像中火星的幾何中央和視半徑，天問一號也就可以通過最優估算算法，來自主獲取即時的位置和速度信息。
鄭循江說，7年來，在2500多個日晝夜夜的攻關時期，研制隊伍不是在做實驗，即是在去做實驗的路上。正是有了廣泛的實驗數據加持，隊伍辦妥了設計計劃的多輪優化，終極辦妥了最惡劣前提下的全體性能及功能的驗證。
這是我國初次在行星際遷移飛翔過程中利用光學自主導航專業。鄭循江說，內地并無先前的工程經歷可參考，研制隊伍一點點摸索，設計了大大小小百余個實驗項目，終極使中國成為世界上第二個把握并在軌驗證了火星光學自主導航專業的國家。
最強盛腦
綜合電子分體制被稱為天問一號圍繞器的最強盛腦，擔當圍繞器全體信息的管控。
張玉花說，在天問一號圍繞器對火星進行探測的過程中，器上的各科學儀器城市產生大批的科學數據，這些數據必要要發回地面由科學家們進行研討，此外，圍繞器上的光學導航敏銳器和紅外導航敏銳器數據也需求發送回地面進行進一步的解析，綜合電子分體制擔當對這些原始數據進行處置、儲存，并在適合的機會傳輸回地球。
據她介紹，一般場合下，圍繞地球運行的衛星都是由地面管理中央依據衛星的即時狀態和工作要求進行管理的。但與地球衛星差異，火星圍繞器由于器地間隔遠，通訊時間耽擱長，往往來不及依賴地面指令對探測器進行即時處置。
此外，深空探測器與地面站通訊存在特別的日凌現象，即當探測器、地球和太陽位置處于同一直線時，太陽輻射會攙和地火之間的射頻信號傳輸，導致通訊中斷。因此，日凌時期，圍繞器必要個人兼顧好個人。
張玉花說，針對這些場合，圍繞器綜合電子分體制的研制隊伍進行了一系列專業攻關，設計了深空探測永劫間無上行指令自主控制機制、整器斷電再覆原性能等，讓圍繞器在必須時能個人兼顧好個人，實現了圍繞器在軌自主運行大于60天的本事。
她通知，從環火開端，天問一號就正式成為火星的衛星。后續，天問一號還要進行一次軌道調換和兩次近火制動，屆時天問一號離火星近期間隔只有265公里。之后，天問一號探測器會邊圍繞邊辦妥拍照工作，開展預選著陸區探測，方案于2024年5月至6月擇機實施火星著陸。
高清攝影師
2月12日，國家航天局對外發行天問一號抵達火星軌道過程中的記憶。實施此次照相工作的工程丈量分體制，即是火星擒獲大片背后的攝影師，由中國航天科技集團八院509所設計研制。
張玉花表明，為做好天問一號在軌任務狀態的可視化監督，火星圍繞器工程丈量隊伍專門設計了一套由多個質量小、個頭小、能耗小的小塊頭構造的工程丈量分體制，包含有固連遙測探頭、近間隔遙測探頭和國旗，而實施此次擒獲過程拍照的，便是此中的固連遙測探頭的兩個固連丈量傳感器。
在飛向火星的路程中，固連遙測探頭一路監測天問一號的狀態，辦妥了太陽翼展開過程、定向天線展開監測，在定向天線展開到位的同時照相到了地球。
張玉花說，自我國初次自主火星探測工程立項以來，如何做好天問一號在軌飛翔可視化監測就成為了研制隊伍面臨的主要工作之一。火星圍繞器工程丈量隊伍交融全飛翔過程，設計了太陽翼展開、定向天線展開、地月拍照、太空自拍、火星拍照、器器分解過程等監測工作。
她通知，在接下來的飛翔中，火星圍繞器工程丈量分體制將繼續開展工作，連續監測太陽翼、定向天線的運公價況監測，實施器器分解過程可視化監測，繼續為天問一號的探測之旅保駕護航。
來自天問一號的家信
天問一號制動擒獲功效圖。中國航天科技集團八院供圖
親愛的家屬們：
離家200余天，跋涉475億公里，此時，我終于在間隔火星400公里處勝利剎車，進入了環火軌道。回首遙望地球家園，已相距2億公里。家屬們一切還好嗎？
我知道，此刻故鄉已經是立春之后了，感觸萬千。我在2024年7月的烈日下起程，地球上的你們歷經炎炎夏日，颯颯金秋，瑟瑟冬季，一路精心守護伴隨著我到春回大地。從我奔火動身的那一天起，家屬們就晝夜對我的狀態進行細致判讀，一路上4次半途改正，一次深空機動，兩次狀態自檢，讓我的路程暖和而踏實。
這一次近火制動，我更是自信滿滿，有上百位家屬在飛控中央集同任務，24小時持續跟蹤；更有航天科技集團五院飛翔管理的最強天團坐陣，他們中有葉培建院士等16名專業專家和諮詢、5名兩總、61名各個崗位的飛控人員，謝謝你們！
我終于進入圍繞火星的軌道，可以好漂亮一看這個紅色星球了。此時現在，你們與我分享著進入火星軌道的歡喜，我也在和你們共同品味著新春的吉利。借此時機在這里給家屬和全國人民拜年！祝大家牛年大吉!
日月安屬？列星安陳？中華民族仰望星空留下的種種好奇與迷惑，一直啟發著我去找尋答案，此刻家屬們最常說的一句話是征途漫漫，惟有奮斗。
從環火開端，我這顆中國制造的航天器就正式成為火星的衛星啦。接下來，我還要進行一次軌道面調換和兩次近火制動，這樣，我離火星近期的間隔就只有265公里啦，之后即是邊辦妥圍繞拍照工作，邊為3個月后的著陸巡查做好預備。
我將全心以赴，等到我的喜報吧！
天問一號探測器
2024年2月
( 邱晨輝)
原題為《只為火星上空那一抹中國紅——十年磨一劍打造我國首顆人造火星衛星》《揭開天問一號火星圍繞器神秘莫測面紗》《來自天問一號的家信》
