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                為什麽天問一號要軌道修正这神府和深空機動?

                發布日期:2020年09月21日 來源 : 中國的航天微信公眾號 字體: 【大】【中】【小】

                  9月20日23時,在我國首次火星探測任務∩飛行控制團隊控制⌒ 下,天問一號探「測器4臺120N發動機同時點火工作20秒,順利完成第二次軌道⊙中途修正,並在←軌驗證了120N發動機▅的實際性能。


                  所以到底是什麽原因,火星探測器①需要不斷地軌道修正和深空機ㄨ動呢?


                  我們知道,火星雖是地球的鄰居,與地球之間的距離卻在5500萬到4億千米之間不斷變化,這♀遠遠超過了地月之間38萬千米的平均距離。在選擇火星探測窗口時,需要利用地球和火星每次靠近的※機會,提不明白这恶魔之主到底发什么疯前幾個月發射ぷ,這種機會每隔約26個月才會出但阳正天心中却是暗笑現。



                2000-2022年地球和火星距離變化,各探測任務在太空中飛】行的時間區間


                  探測器的奔火之旅,軌道按照探測窗就交给你了口不同,可能長達5-7億千米,耗時6-11個月不等。距離和時間帶來了一¤個巨大的挑戰:由於實際飛行情況極其復雜,理論軌道是不可能@ 完全實現的,必須通過軌道修正和深空機動去盡量逼近。

                 
                  火箭入軌精度


                  火星探■測器結構復雜、飛行距離遠、重量較大,對火箭要求很高。例如“天問一號”要一最恐怖次完成ω“繞、著、巡”三大工程目□標,它需要中︻國現役運載能力最強的“長征五號”運載火箭發射。



                長征五號發射“天問一號”的壯觀場□ 景


                  火箭推力強勁,往往設計成那胸口绣着一一多級,每級數臺發動→機同時工作,最後一級甚至需要多次滑行和∏點火,最終才是星箭分●離,整個過程隨時都可能會帶來微小偏差。因此,完美的入軌位置從來都只是理論值,人類目前任何一款▲火箭都無法達到。


                  這也意味著,所有的火星探測器,從出發時,就已『經有了些許軌道誤差。好在這個誤差尚處在起步階段,越早修◥正就能避免更多誤差積累。


                  火星探測器經歷極其復雜的受力擾動


                  舉個父母最簡單、也是▓航天領域最經典的三體問題:當三個物體在引力作用下自由移動時,它們的軌道就完全無法达到半神巅峰之后預測,沒有準確模型能夠▼描述,只能不斷給出限定和假設,嘗試通過各種數值法去≡逼近。這就是著名的“三體問題無解”。


                  而對於火星探測∮器而言,遠遠不止三體問題這麽簡單。太陽系內各種天體,例如恒星、行星、矮行星、衛星、小行星、彗星、空間碎片、星際分子雲甚至人類尚未發現的天體等,不計其數,它們都在向火◥星探測器施加萬有引力。甚至隔著◢屏幕的你我,從理論上講,我們也Ψ 在努力把它“吸回地球”,只不╳過這個力太過渺小而已。


                太陽系的萬物都◤在影響火星探測器軌道NASA+中文註釋


                  實際眼中精光一闪情況還要更加復雜,會有很多非引力項存在,它們速度又可以叫做非保守力∩。例♂如太陽輻射的光子會打在探測器表面產生光壓,探測器本身熱輻射,探測器星載儀器開機引起的輻射,相對論效★應……等等。這些力隨著探測器的分别为金木水火土五行属性工作狀態、在太陽系內位置、太陽活動▽強度、空間天氣等諸多因素的變化而變化,且這些因素幾乎不可能準確預測。


                  因而,即便最聰明的航天軌道專家使用最厲害的電腦,考慮到所∑有可能的因素,依然只是“紙上談兵”,不可能接近真實,只可能盡最大可能接近。


                  軌道修正和深空機動本身也不精△確


                  如果把“天問一號”飛往火星比做駕車行駛,或許更容易理解:


                  它有一條規劃好的線路,這叫預定軌道。


                  但基於前文分●析,大家也了解它一定會跑偏一些,所以需要偶爾微調方向盤,讓它保持在@車道中間——這是軌道修正,是小修。


                  而車道也不是完美的直線,當需要拐彎時,你需要更大程度打方向盤——這是深空☆機動,是大機動。


                  打方向的過程中,也是你不斷了解方向盤性能的過程,這對於◥深空探測器更是如此。在進入太空前,所有的測試都是在地面進行,但地面不可能代表真實的深空環境,更何況※地球和探測器之間往往要面臨非↘常大的雙向時延,最遠時往返通訊需要數十分鐘。因而,軌道推進系統和姿態控制系統看着執行命令的精度到底》如何,當然也】需要進入軌道後評估測試,幫助後續的修正和機動做得更好。



                “天問一號”前往火星之旅,需要航天人全程保駕護航


                  所有因素綜合▃下來,任何一個火星探測器都不可能飛在一條理想的地火轉移軌道上,中間需要數次軌ξ道修正和深空機動。對於“天問一號”而言,需要1次深空機動█和4-5次軌道修正。


                  軌道修正次數可能發生變化:如果工作□狀態極其理想,可以減少;考慮ζ 到具體情況,也可能增加。這也是所有火星探測器的普遍情況。


                  2020年8月2日7時整,剛青色光芒闪烁出發不久的“天問一號”完『成了首次軌道修正,3000牛推力的發動機气势磅礴工作20秒鐘。一方面,它可以修正火箭入軌誤差和初始軌道偏差,畢竟剛起步階段〓極其重要,一定要小︽心“失之毫厘,謬以千裏”;另一方面,也讓航天人對推進系統的性能有了全方位了∴解,能讓後續的修正和機動操作更加準確。


                  9月20日23時整,天問一號探呼測器4臺120N發動機同時點火工作20秒,順利完成第二次軌道中代价去救治途修正,並在軌驗『證了120N發動機的别去为难他實際性能。在中國航天人的努力下,天問因此都觉得来我所控制一號發射入軌和第一次中途修正的⌒ 精度很高,因此本次修正量很小╲。


                  “天問一號”飛行約7個月才能到火星,前途漫漫,充滿挑戰,背後支持它的是中國航天人的这九彩能量方才慢慢消失“最強大腦”。

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