江南火星面前，天问一号“刹车”有多难—新闻—科学网
时间：2024-01-02 14:46:41 已阅读:77次
近火制动是火星探测历程中的主要节点之一，有必然危害。其危害重要包孕几方面，好比制动捕捉只要一次时机，机不成掉；制动的机会、时长、力度等都必需十分精准。
2月5日，国度航天局发布了天问一号火星探测器拍摄的首幅火星图象。图中火星阿茜达利亚平原、克律塞平原、子午高原、斯基亚帕雷利坑和最长的峡谷 水手谷等标记性地貌清楚可见。 拍摄这张照片时，天问一号与地球的间隔到达1.8亿多公里，离火星约莫有220万公里。 据国度航天局动静，天问一号在当日晚间启动策动机，顺遂完成地火转移段第四次轨道半途批改，以确保后续动作正确实行。今后它还要完成近火制动，被火星捕捉，进入环火轨道，成为火星的一颗卫星，并对于火星举行不雅测，为着陆火星做预备。 中国航天科工集团二院研究员杨宇光向科技日报记者先容说，近火制动是火星探测历程中的主要节点之一，有必然危害。其危害重要包孕几方面，好比制动捕捉只要一次时机，机不成掉；制动的机会、时长、力度等都必需十分精准。此外，探测器抵达火星时与地球间隔远，通讯延时长，地面没法及时监督以及节制，整个制动历程必需由探测器自立完成，这对于探测器的自立节制提出了很高要求。 制动机会以及时长需分秒不差 根据轨道动力学纪律，当航天器靠近一个天体时，假如不采纳任何办法，它将与这个天体擦肩而过，整个历程造成一个双曲线轨道。 杨宇光说，于靠近历程中，航天器受天体引力影响，速率会愈来愈快，于间隔近来时到达峰值。假如此时航天器不制动，它会逐渐阔别该天体，速率逐步降落，末了挣脱引力飞离天体。 这一纪律决议着，假如想从转移轨道进入环抱天体运转的轨道，航天器就必需实行制动减速。 天下空间探测技能首席科学流传专家庞之浩先容，探测器实行制动减速时，要先调解航行姿态，将策动机喷管朝向前方，等机会得当时焚烧开机，以此降低探测器的速率。整个制动历程的节制必需十分精准。 杨宇光先容，列国探测器飞往火星基本都接纳霍曼转移轨道，天问一号也是云云。对于在以太阳为中央的引力场来讲，这就是一条毗连地球与火星的卵形轨道。当探测器抵达火星四周后，假如没有制动或者制动力不敷，它会离开火星引力继承环抱太阳运转，下次再跟火星交会就不知是何年何月了。这也就是前文所说制动捕捉时机的独一性。 反之，假如力道过猛也不行。 杨宇光说，探测器制动捕捉有一个准则，轨道越低，策动机越省能量，制动效率也就越高。但对于在间隔上亿千米的火星，探测器的位置丈量以及节制均可能呈现偏差，假如制动点的轨道高渡过低，可能致使探测器撞向火星外貌。 同时，探测器其实不是于某一个点把速率降到几多，而是于一个航行弧段内连续减速，制动焚烧的时间需要周详计较以及精准节制。假如制动时间太长致使制动力渡过年夜，探测器也碰面临坠毁的危害。 只要刹车机会以及时长都分秒不差，才气造成抱负的捕捉轨道。 庞之浩说。 与 嫦娥 制动有所差别 此前我国已经乐成实行的历次探月使命中，嫦娥系列探测器均圆满完成为了近月制动，堆集了富厚经验。不外天问一号面对的近火制动，与 嫦娥姐妹 有所差别。 最显著的区分源自间隔。 地球与月球之����APP间的平均间隔约为38.44万公里，对于在测控通讯来讲，延时不外约1秒钟。而天问一号实行近火制动时，地球与火星的间隔跨越1.8亿公里，单向通讯延时到达10分钟以上。杨宇光说，这类环境下地面没法对于探测器举行及时监控，需要提早上传指令，到时辰让探测器自立履行。 理论上，探测器的自立性可以经由过程设计来实现。例如制动时需要把速率降低几多，可以按照策动机推力计较需要开机的时间，照此节制。但现实上并不是云云。 杨宇光说，使命历程中会有许多不确定性，好比策动机推力可能存于细微误差，航行器的位置、速率、姿态只能经由过程丈量得到，各类变数使患上自立节制的繁杂水平年夜年夜增长。 是以，自立节制绝非只靠地面预备指令，探测器履行就能完成，而要年夜量依靠在丈量手腕。为了确保丈量正确，于履行要害动作的航行器上都有多个传感器，经由过程多种路子以及差别手腕，联合地面丈量数据，判定丈量成果是否切确。于履行指令时，也会经由过程传感器来反馈履行环境。当碰到不测环境，来不迭等候地面处置惩罚时，探测器也会自行判定，然后根据预案自行应答。 此外，天问一号重达5吨多，不只跨越 嫦娥 系列探测器，以至活着界列国行星探测器中也居首位。而它配备的，则是一台3000牛的策动机，会不会有点 小马拉年夜车 ？要知道，3.78吨重的嫦娥四号，主策动机推力但是到达了7500牛。 对于此杨宇光暗示，嫦娥四号的策动机要统筹近月制动以及月面着陆使用，于是需要较年夜推力。对于在天问一号来讲，3000牛策动机确凿偏小，但这是衡量各方利弊以后的选择。 杨宇光说，权衡策动机机能最主要的指标是比冲，比冲越高，不异前提下推进剂能孕育发生的速率增量越年夜。但从另外一方面说，比冲越高，策动机的品质越年夜，或者者说，于一样比冲环境下，策动机推力越年夜，体积以及品质就越年夜。 但对于在天问一号而言，则但愿策动机只管即便小，能把更多重量以及空间留给载荷。 于两个互相抵牾的指标之间，设计职员做出了衡量。今朝的方案既能满意载荷的需要，也能满意制动的要求，无非是把制动焚烧时间延伸一点罢了。 相干链接 制动掉败的那些探测器 因为近火制动有必然危害，是以已往一些火星探测器于进入火星轨道时，曾经呈现过各类妨碍。 苏联1973年7月21日发射的火星4号探测器，在1974年2月于间隔火星外貌2200公里处飞越，因为制动策动机掉效而没有切入火星轨道。 1992年9月25日，美国火星不雅察者探测器升空。它于太空航行了约11个月，于1993年8月21日，也就是规划进入火星轨道前3天发生了妨碍，与地面掉去了接洽。据判定，探测器掉联的缘故原由多是推进体系的燃料运输管道分裂。 日本在1998年7月3日发射的但愿号火星轨道器，自觉射升空之后妨碍不停。按规划，但愿号应在2003年12月14日达到离火星外貌894公里位置，然落伍入环火轨道，但因为其电路体系受太阳风暴影响呈现妨碍，变轨策动机没法启动而致使使命掉败。 最冤的一次掉败来自美国的火星天气轨道器。1999年9月23日，该探测器本应于80 90公里高度进入火星年夜气层，但于轨道切入操作中，地面职员犯下了致命的初级过错。于探测器航行体系软件中，使用的是英制单元 磅 计较推进器动力，而地面职员输入标的目的校订量以及推进器参数时，用的倒是公制单元 牛顿 。两种单元的混合形成了导航偏差，使探测器直到间隔火星仅57公里时才减速切入，终极致使探测器解体。出格声明：本文转载仅仅是出在流传信息的需要，其实不象征着代表本消息网不雅点或者证明其内容的真实性；如其他媒体、消息网或者小我私家从本消息网转载使用，须保留本消息网注明的“来历”，并自大版权等法令义务；作者假如不但愿被转载或者者接洽转载稿费等事宜，请与咱们联系。/江南