20秒!天問一號完成第二次軌道中途修正

科技日報 2020-09-21

  2020年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,并在軌驗證了120N發動機的實際性能。

  

  圖片來源:中國探月工程

  截至目前,天問一號已在軌飛行60天,距離地球約1900萬千米,飛行路程約1.6億公里,探測器各系統狀態良好,地面測控通信各中心和臺站跟蹤正常。

  中途修正一般是指在探測器飛行過程中,對各種原因導致的軌道偏離進行修正,使探測器更貼近理論軌道飛行。據北京航天飛行控制中心介紹,天問一號飛向火星期間,會受到太陽和太陽系其他行星的引力作用,一部分行星的引力會對探測器造成干擾,在長期的積累過程中使其飛行軌跡和速度發生變化。由于探測器長期處于無動力飛行,微小的位置速度誤差會逐漸累積和放大,地面測控系統需要在飛行過程中根據測定軌計算得到的實際飛行軌道和理論設計軌道之間的偏差,對探測器飛行軌道進行修正,確保探測器始終飛行在預定軌道上。

  第二次中途修正安排在第一次中途修正和深空機動之間進行,主要是為修正第一次中途修正的殘余誤差,瞄準理論深空機動點的位置,同時進行4臺120N發動機的試噴。為此該中心采用了第二次中途修正與深空機動聯合優化控制的軌控策略,在滿足本次發動機最小開機時長的前提下,對于指定中途修正時刻,通過對中途修正軌控方向在慣性空間尋優,使深空機動控制量最小,并瞄準標稱近火點參數,計算中途修正控制參數。

  由于天問一號發射入軌和第一次中途修正的精度很高,本次修正量很小,發動機開機時長約20秒。

  目前天問一號仍在北京飛控中心的嚴密測控之下平穩飛行,里程數即將達到2億公里。細心的讀者可能會問:為什么飛行了1億多公里,它與地球的距離卻才不到2000萬公里?

  這是因為,天問一號在飛向火星的過程中,是沿著一個機動軌道以弧線的形式飛行,會不斷遠離地球。但與此同時,地球和火星也都在各自的軌道上繞著太陽公轉,呈現出“你走我也走”的狀態。所以,相對發射時的空間位置,天問一號的里程數在迅速累加,而相對地球的距離則沒有那么快拉開。

  一晃間,天問一號已經飛行近2個月,地球上由夏轉秋,我國北方地區甚至不久后就要開始供暖了,而“向火而行”的天問一號,也需要考慮保暖問題。

  據北京飛控中心專家介紹,隨著與太陽距離的變化,天問一號的姿態也要變化:剛發射時,它距離太陽較近,其太陽帆板并不是正對著太陽,而會增加一個角度偏置。如果那時太陽帆板完正對太陽,會吸收過多太陽能,導致發電量過高,多余的電量無法消耗,會損害電池壽命。讓帆板保留一定角度,既可以滿足供電需要,又能使探測器體溫正常。

  相比地球,火星距離太陽較遠,光照小于地球位置處的平均太陽輻射常數,在地火轉移的過程中,天問一號獲得的太陽能會越來越弱,到一定時候就要把太陽帆板完全展開,以滿足電力供應。這個帆板的變化將在第二次中途修正后執行。

  

  在調整太陽帆板角度的同時,還要對天問一號本身的姿態做出調整控制,確保它和地面通信順暢。既要精確控制太陽帆板,還要調整探測器姿態,這對北京飛控中心的姿態控制提出了很高的要求。

  隨著時間推移,天問一號還會遇到太陽熱能不夠的狀況,到那時,它只能通過太陽帆板接收光能,而沒有足夠的熱能來保持體溫,這就需要它給自己加電發熱,保持身上的設備正常運行。

  不過相比我們生活中的供暖,天問一號的加熱更精準。它可以識別出身上哪個部位溫度過低,按區域精準“供暖”,在節省能源的同時保證設備安全。

責任編輯:王超

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