7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功发射升空

2300多年前

爱国诗人屈原仰望星空，以《天问》提出177个问题，阐发对宇宙万物的理性哲思

2300多年后

我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”，厚植于中华民族传统文化精髓，体现着跨越两千多年的不懈求索

世界首次一步实现火星探测“绕、着、巡”，最远距离达4亿公里如何实现超远距离深空通信？火星探测器发射后将经历怎样的历程到达火星？23日，“天问一号”探测器成功发射升空，记者梳理了一份此次火星探测的“观赏指南”。

此去前路漫漫 还有诸多挑战

世界首次 一步实现“绕、着、巡”

　　火星是离地球较近且环境最相似的星球，一直是人类走出地月系统开展深空探测的首选目标。目前，人类已对火星实施了44次探测任务，其中成功了24次，火星是目前人类认识最深入的行星之一。

　　通过以往对火星的探测，人们在火星上发现了存在水的证据。火星上是否存在孕育生命的条件以及火星是地球的过去还是未来？这些问题一直萦绕在科学家心头，成为火星研究的重大科学问题。

　　我国首次火星探测任务凭借火星环绕器和着陆巡视器的超强阵容，可一步实现火星“环绕、着陆、巡视”三个目标，这是其他国家在首次实施火星探测任务时从未实现过的。基于现有航天能力，“奔火”飞行7个月左右即可到达。

临门一脚 制动捕获“踩刹车”

　　火星捕获是火星探测任务中技术风险最高、最为重要的环节之一，在火星探测器从地球飞向火星的过程中，能够被火星引力所捕获的机会只有一次。利用火箭助推，探测器获得了摆脱地球引力的能量，使用精心设计的转移轨道，探测器能够最终顺利抵达火星附近。

　　然而，受限于携带的推进剂有限，环绕器在抵达火星后，必须把握住唯一的机会对火星进行制动捕获。此次火星探测任务捕获时探测器距离火星仅400公里，而此时探测器相对火星的速度高达4到5公里每秒，一不留神就会撞击火星或飞离，捕获的成功与否成为火星探测任务成败的关键。

　　在这一制动捕获过程中，火星环绕器面临诸多挑战。由于捕获时探测器距离地球1.93亿公里，单向通信时延达到10.7分钟，地面无法对这一制动过程进行实时监控，只能依靠探测器自主执行捕获策略。此外，在制动过程中，环绕器需要在自身出现突发状况时自主完成相应处理，最大限度保证火星捕获成功。

4亿公里 超远距离深空通信

　　环火飞行阶段，由于地球和火星的运行规律，探测器距离地球最远达到4亿公里。为了解决超远距离通信问题，火星环绕器装备了测控数传一体化系统，实现了系统重量轻、通信效率高、通信链路可靠的目标。

　　为补偿空间衰减，火星环绕器配置了大功率行波管放大器以及大口径可驱动的定向天线，大幅度提高探测器到地球通信能力。

自主管理 探测火星需要会思考的“大脑”

　　通常情况下，环绕地球运行的卫星都是由地面控制中心根据卫星的实时状态和任务要求进行控制的。但火星环绕器由于探测器到地球的距离远，通信延时大，无法完全依靠地面指令对星上出现的突发状况进行实时处理。

　　此外，环绕器与地面站通信有其空间的特殊性，导致通信中断（“日凌”）的时间最长可达30天，其间需依靠自身完成长期任务管理，并在出“日凌”后及时调整天线指向，迅速重新与地面建立联系。

　　据悉，在此次火星探测任务的关键节点，自主管理同样需要发挥巨大作用。在火星探测器进行环绕器与着陆巡视器分离时，环绕器需在短时间内完成3次调姿和2次变轨，对姿态及位置测量及控制精度要求非常高。

多样载荷 给火星拍个“中式定妆照”

　　此次火星环绕器上共搭载7种有效载荷，可对地火转移空间、火星轨道空间、火星表面及其次表层开展科学探测，获取行星际射电频谱数据、火星表面图像、火星地质构造和地形地貌、火星表层结构和地下水冰分布、火星矿物组成与分布、火星空间磁场环境、近火星空间环境和地火转移轨道能量粒子特征及其变化规律。

　　其中中分辨率相机可对火星全球开展地形地貌普查，高分辨率相机可对火星重点地区开展局部高分辨率地形地貌详查，将为火星拍下来自中国的“定妆照”。

准备12年 全方位支撑“绕、着、巡”

　　“天问一号”火星探测任务，国际上首次实现“绕、着、巡”一气呵成。

　　在川央企中电天奥参与完成了测控系统、运载火箭系统、发射场系统和地面应用系统四大部分任务。“我们准备了12年。”该企业负责人说，12年前获得“中国深空第一站”——佳木斯66米深空测控站研制任务。此次，“天问一号”火星之旅“绕、着、巡”都离不开深空测控站的支撑。

　　“绕”，精准飞向火星。此次任务中，由环绕器和着陆巡视器组成的探测器需在太空中飞行7个月左右，才能到达火星。到达火星后，“天问一号”进行制动，被火星引力捕获进入环绕轨道，成为环绕火星飞行的人造卫星，对火星的地形以及着陆点进行勘测。佳木斯66米深空测控站采用的捕获技术好比“听诊器”，负责在外太空噪声中捕获探测器信号，为探测器对火星的地形地貌勘测等提供保障。

　　“着”，不再恐惧“黑暗7分钟”。条件合适时，着陆巡视器将与环绕器分离软着陆于火星表面，这个时间仅7分钟，即航天人口中的“黑暗7分钟”——由于距离遥远功率受限、数据速率极低，地球上的飞行控制中心很难精准掌握着陆器降落情况。中电天奥的研发团队通过数据慢帧处理策略的优化，提高信息有效帧数量，能得到更多着陆巡视器降落时的宝贵信息。

　　“巡”，做好火星探测“记录者”。当着陆巡视器在火星表面开展巡视探测时，环绕器也将开展为期2年的中继和遥感探测。在这一阶段，佳木斯66米深空测控站还可以起到手机的作用，实现图像等数据的接收，并解调巡视器拍摄的火星表面的图像，为全面掌握“人类第二家园”的特征提供支持。

“天问一号”火星之旅

“四川造”在护航

□川报记者 朱雪黎

　　7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器在文昌航天发射场升空，正式开启了中国人自主探测火星之旅。承载此次“天问一号”发射任务的，是长征五号遥四运载火箭。

　　这趟意义非凡的“火星之旅”中，有多项“四川造”助力护航。

100%合格 长五遥四上有“四川造”

　　作为火星探测任务多种关键产品的重要制造单位——位于成都的四川航天技术研究院，主要负责了长五遥四火箭上配电器、附加控制器等重要单机及地面测发控整体系统的生产制造任务。任务启动至今，已完成35项129台(套)产品的生产交付任务，产品交付合格率100%。

　　此次共交付液压阻尼作动筒、分离火箭等。其中，交付长五遥四火箭用火工品占箭上全部火工品的95%以上。此外，成功应用在火星探测器上的两种电磁阀产品，组成了配套的发动机推进系统。

　　该研究院相关负责人介绍，针对长五遥四火箭“长寿命、高可靠”等技术特点，根据机械加工、电子装联等8大类不同专业的产品特点，研究院制定了近千份工艺指导和保障文件。“研发设计人员对设计方案和性能反复论证、试验、修改，不断提升产品的安全性、稳定性和可靠性。”