火星到了！这一脚“刹车”有多重要？( 二 )
另一个对轨道控制带来巨大挑战的是通信延时，由于探测器距离地球太过遥远，即将踏入环火轨道的“天问一号”与地球的通信延迟超过了 10分钟，这意味着无法对火星捕获情况进行实时监控，快速应对。面对这样一段“视觉盲区”，轨道设计团队协同控制系统进行了近千种故障工况的分析，确定了关键参数及阈值， 保证火星探测器在地面无法实时控制的情况下，对可能发生的情况进行恰当的判断和反应。
0.3%的影响也不能忽视
一次半物理仿真试验中，探测器的捕获制动精度与指标要求有了明显偏差，这让研制团队高度紧张：方案已考虑了探测器燃料消耗引起的质量变化，也考虑了推力方向偏心造成的姿态干扰等多种可能的因素，为什么精度还是不够呢？
朱庆华说，团队随即对捕获制动这一过程再次进行深入分析，终于发现，制动前的“沉底”时间过长，对捕获控制的速度增量产生了约0.3%的影响。
所谓“沉底”，就是在主发动机推力减速前，先启动维持探测器姿态控制的小推力器工作，通过姿态控制推力器产生的加速度，使燃料集中到贮箱底部，便于主发动机工作。研制团队迅速对这一过程进行精确量化分析，将沉底工作过程的推力减小了一倍，并将沉底过程对速度增量的影响引入到主发动机关机时机的计算中，通过方案优化和进一步仿真验证，捕获制动精度有了显著提升。
此外，承担着指挥控制任务的GNC单元，则采用了三模冗余方案。在团队多轮设计、仿真及验证工作下，三台计算机可确保“步调一致”并实现“民主表决”，即运算时刻和初始数据始终保持一致，进而通过少数服从多数的原则，确保计算结果准确无误。
朱庆华说，为了确保我国首次自主火星探测任务最关键的这次“刹车”的可靠完成，研制团队在四年的研制过程中，不断进行着发动机推力方向和大小、发动机推力干扰力矩、太阳电池阵挠性振动、推进剂液体燃料晃动等各参数的正常范围、极限拉偏测试，分析测试和试验中GNC系统的表现，对异常现象迅速定位并对方案进行优化完善。
环绕器GNC分系统产保师刘宇告诉采访人员：“我们已运用自己的算法，对一些知名的火星探测任务进行仿真，仿真结果与国际上公布的数据非常吻合。”
截至目前，具备自主控制能力的中国火星探测器——天问一号已成功实施捕获制动，刘宇现在最期待的就是，这位来自中国的火星使者，能够带来更多探火新发现。
【来源：发稿时间：2021-02-10 21:53:00 作者：邱晨辉 中青报】
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