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第二次轨道修正后 “天问一号”得考虑保暖问题了

来源:科技日报2020-09-22 09:15

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  记者从国家航天局获悉,2020年9月20日23时,在我国首次火星探测任务飞行控制团队控制下,“天问一号”探测器4台120N发动机同时点火工作20秒,顺利完成第二次轨道中途修正,并在轨验证了120N发动机的实际性能。

  截至目前,“天问一号”已在轨飞行60天,距离地球约1900万公里,飞行路程约1.6亿公里,探测器各系统状态良好,地面测控通信各中心和台站跟踪正常。

  中途修正一般是指在探测器飞行过程中,对各种原因导致的轨道偏离进行修正,使探测器更贴近理论轨道飞行。据北京航天飞行控制中心介绍,“天问一号”飞向火星期间,会受到太阳和太阳系其他行星的引力作用,一部分行星的引力会对探测器造成干扰,在长期的积累过程中使其飞行轨迹和速度发生变化。由于探测器长期处于无动力飞行,微小的位置速度误差会逐渐累积和放大,地面测控系统需要在飞行过程中根据测定轨计算得到的实际飞行轨道和理论设计轨道之间的偏差,对探测器飞行轨道进行修正,确保探测器始终飞行在预定轨道上。

  第二次中途修正安排在第一次中途修正和深空机动之间进行,主要是为修正第一次中途修正的残余误差,瞄准理论深空机动点的位置,同时进行4台120N发动机的试喷。为此该中心采用了第二次中途修正与深空机动联合优化控制的轨控策略,在满足本次发动机最小开机时长的前提下,对于指定中途修正时刻,通过对中途修正轨控方向在惯性空间寻优,使深空机动控制量最小,并瞄准标称近火点参数,计算中途修正控制参数。

  由于“天问一号”发射入轨和第一次中途修正的精度很高,本次修正量很小,发动机开机时长约20秒。

  目前“天问一号”仍在北京飞控中心的严密测控之下平稳飞行,里程数即将达到2亿公里。细心的读者可能会问:为什么飞行了1亿多公里,它与地球的距离却才不到2000万公里?

  这是因为,“天问一号”在飞向火星的过程中,是沿着一个机动轨道以弧线的形式飞行,会不断远离地球。但与此同时,地球和火星也都在各自的轨道上绕着太阳公转,呈现出“你走我也走”的状态。所以,相对发射时的空间位置,“天问一号”的里程数在迅速累加,而相对地球的距离则没有那么快拉开。

  一晃间,“天问一号”已经飞行近两个月,地球上由夏转秋,我国北方地区甚至不久后就要开始供暖了,而“向火而行”的“天问一号”,也需要考虑保暖问题。

  据北京飞控中心专家介绍,随着与太阳距离的变化,“天问一号”的姿态也要变化:刚发射时,它距离太阳较近,其太阳帆板并不是正对着太阳,而会增加一个角度偏置。如果那时太阳帆板正对太阳,就会吸收过多太阳能,导致发电量过高,多余的电量无法消耗,会损害电池寿命。让帆板保留一定角度,既可以满足供电需要,又能使探测器体温正常。

  相比地球,火星距离太阳较远,光照小于地球位置处的平均太阳辐射常数,在地火转移的过程中,“天问一号”获得的太阳能会越来越弱,到一定时候就要把太阳帆板完全展开,以满足电力供应。这个帆板的变化将在第二次中途修正后执行。

  在调整太阳帆板角度的同时,还要对“天问一号”本身的姿态做出调整控制,确保它和地面通信顺畅。既要精确控制太阳帆板,还要调整探测器姿态,这对北京飞控中心的姿态控制提出了很高的要求。

  随着时间的推移,“天问一号”还会遇到太阳热能不够的状况,到那时,它只能通过太阳帆板接收光能,而没有足够的热能来保持体温,这就需要它给自己加电发热,保持身上的设备正常运行。

  不过相比我们生活中的供暖,“天问一号”的加热更精准。它可以识别出身上哪个部位温度过低,按区域精准“供暖”,在节省能源的同时保证设备安全。(杨 璐 宋星光 记者 付毅飞)

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