歷史性突破!中國火星探測有多牛?天問一號被捕獲,背後有玄機

就要過年了,先給大家拜個年。祝大家闔家歡樂,萬事如意!

歷史性突破!中國火星探測有多牛?天問一號被捕獲,背後有玄機

告訴大家一個好消息,天問1號火星探測器已經成功的進入了環繞火星的運行軌道。這是我國在深空探測上的一個重要的里程碑。


不僅僅是我們關心著天問1號,外國的無線電愛好者也在關心天問1號,他們一直在跟蹤天問一號的無線電信號。要知道,天問1號是火星探測器,比嫦娥系列的月球探測器可要走的遠多了。因此,無線電信號非常的微弱。


就比如這個加拿大的愛好者,在家裡架了一個口徑1米多的天線,能夠接收到天問1號發出來的信號。但是估計他無法解碼,只能跟蹤一下頻率的變化。要知道,頻率的變化和天問一號的運行速度相關。幾次軌道修正,從接收到的信號頻移裡都能分析出來。最近他要換一個更大的天線,接收到的信號會好很多。


歷史性突破!中國火星探測有多牛?天問一號被捕獲,背後有玄機


另一個外國的網友就比較厲害了。他可以調用一架口徑6米的射電望遠鏡的數據,這口大鍋接收到的信號就強多了,數據質量好的話是可以順利解碼的。但是,傳輸速率很低很低,畢竟信號還是太弱,好幾億公里的距離真的是一個非常大的障礙。


但是,這些業餘愛好者和專業人士相比,那就是小巫見大巫了。我國最近剛剛建成亞洲口徑最大的活動天線。口徑達到了70米,就是專門為深空探測量身打造的,有這口大鍋的保駕護航,天問1號和地面的通信就有了堅實的保障。只有這種大口徑的天線才能和天文1號建立比較順暢的聯繫,速度才能有保證。要知道,從那麼遠的地方傳回一張照片,都不是一件容易的事兒。


歷史性突破!中國火星探測有多牛?天問一號被捕獲,背後有玄機


這就是前不久天問1號從火星附近傳回的照片。雖然那時候還沒進入環繞火星的軌道,但是距離畢竟不遠了。這也是我們的探測器傳回的第一張清晰的火星照片。火星上的阿茜達利亞平原、克律塞平原、子午高原、斯基亞帕雷利坑,以及水手大峽谷等等標誌性地貌清晰可見。


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這張照片還是用導航相機拍攝的,畫質並不算高。等主相機開機工作了。會拍下非常清晰的照片。至於為什麼相機是黑白的,探測器上的相機主要是為了採集數據,這就和我們只圖好看的拍照不是一碼事,黑白圖像的分辨率和清晰度往往比彩色的要高,有關黑白和彩色攝像頭攝像器件的區別,我們以後再詳細講。


從地球到火星,要走好幾個月的時間,走的這條軌道叫做“霍曼轉移軌道”。一開始,必須靠長征5號大推力運載火箭拼命加速,玩兒命的推一把。讓天問1號探測器的飛行速度超過地球的逃逸速度,也就是第二宇宙速度。然後天問1號就進入了一條環繞太陽運轉的大橢圓軌道,剛好和火星軌道相切。


所以,必須算準了時間,等天問1號飛到火星軌道的時候,火星剛好運行到這兒,天問1號從屁股後邊追著火星,這樣兩者的相對速度最小。這時候,天問1號開發動機反推,開始踩剎車。等把速度降下來,就可以順利地被火星所捕獲,進入環繞火星運轉的軌道。


原理上說起來簡單啊,真正做起來就難了。一個非常重要的問題就是到底是槍口抬高一寸,直接讓探測器進入豎著繞火星運轉的軌道呢?還是橫著讓探測器繞著火星的赤道轉呢?這是一個艱難的選擇。


最終,專家們選出的軌道方案讓大家大吃一驚,專家們選擇了這麼一箇中途硬拐90度的奇怪軌道,這又是為什麼呢?


歷史性突破!中國火星探測有多牛?天問一號被捕獲,背後有玄機


其實呢,這是為了保險。如果天問1號玩兒了一招“攔腰鎖玉帶”,沿著火星赤道方向剎車減速,如果剎車失敗,發動機提前關機了,天問1號沒能被火星捕獲。好歹軌道還是和火星公轉軌道共面的。火星往西走,探測器也是往西走,好歹都在盤子裡轉悠,說不定再開機反推一把,重新修正一下,還有補救的機會。


如果說豎著繞,一旦剎車失敗,探測器就衝著火星公轉軌道平面之外去了,火星往西,探測器往下,這可就要了命了。補救起來太困難了。


但是,我們真正需要的是繞著火星兩極飛行的軌道。大家看這個示意圖,這就是繞著地球兩極轉悠的極軌衛星,通過衛星繞著地球轉圈和地球自轉兩個動作,可以對整個地球進行掃描。如果是繞著地球的赤道轉悠,那就只能照到腰上這一圈,那就意義不大了。


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可是天文1號探測器走的是赤道繞圈的路線,要變成豎著繞兩極轉圈,就必須在進入了環繞火星的軌道之後,中途變一次軌,硬是拐90度的一個彎。這個彎可是非常考驗探測器的精確變軌能力的。


我猜,航天專家們一定是手裡捏著一把汗呢。這和月球探測還不一樣,畢竟月球近啊。數據延遲小。火星上發送信號要十幾分鍾才能到地球,這是不可能靠地面遙控的,一切都看探測器自己的判斷和操作了,所以,為了確保天問1號成功入軌,專家們才設計了許多道保險,處處留著後手呢。


緊張是難免的,我這種吃瓜群眾都跟著緊張。這種忐忑不安的心情,前一陣子嫦娥5號返回艙進入地球大氣層打水漂的時候,剛剛體會過。那一次,據說是落點離預計的靶心只有500米,我們可是打了一個漂亮的10環。


正是因為我們掌握了這樣的微操能力,我們才敢於發射天問1號這樣的深空探測器。我們的深空測控網絡也在一點一滴地完善。我們全靠自己建立測控網,當然,歐空局也經常幫我們一些忙。


航天測控網最完善的是美國人,印度和日本都是靠和美國人深度合作,很多測控都是美國人幫他們完成的。再過幾天美國的毅力號火星探測器也要飛到火星了。我們的天問1號是先轉圈,繞著把火星看清楚了,再決定火星車在哪兒著陸,美國人是老司機了,他們不需要這麼麻煩,毅力號是直接著陸。到時候可有好戲看了。


沒關係,天問1號也帶著火星車呢,等我們的火星車落了地,我們再來給大家詳細講。今年航天方面的事兒多著呢。我們要發射新的天宮空間站。美國的詹姆斯·韋伯望遠鏡也要升空。這東西原定於2007年發射,這都已經推遲了14年了。到時候,我在跟大家慢慢聊。就說這麼多吧。


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中美火星探測進入衝刺階段,各國花式跟蹤信號,天問一號如何應對


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