探测器 天问一号成功着陆背后：78台发动机近5亿公里295天全程护航( 二 )
文章插图
六院研制团队还对变推力发动机表面的涂层材料做了改进，以更好地适应100m/s的火星大气来流对发动机涂层的冲刷等影响。用绿色、先进、可靠的液体动力技术，护送祝融号火星车安全踏上火星地表。
在天问一号探测器上，六院研制交付了着陆巡视器和环绕器的推进分系统，共计48台大大小小的发动机。它们分别为着陆器着陆过程悬停、避障及缓速下降过程提供了可靠动力，为环绕器系统提供轨道转移、制动捕获、轨道调整以及姿态控制所需的精准动力。
当进入合适的着陆时机，天问一号在3000N发动机作用下，下降到距离火星100km的高度，实现环绕器和着陆器分离。
为使着陆巡视器降低运行速度达到着陆要求，作为着陆巡视器主发动机的7500N变推力发动机接续发挥关键作用，为着陆巡视器动力减速、悬停避障和缓速下降等软着陆任务提供轨控推力。
文章插图
该型发动机是六院研制团队在借鉴探月任务中7500N变推力发动机工程经验基础上，根据火星探测任务全新设计制造的发动机。并且相较之前探月任务中同样推力的7500N发动机，为了满足火星探测器安装结构要求和减重需求，并提升发动机性能，研制团队首次在我国开展深空探测的航天器上将推进分系统发动机燃烧室从以往的低室压方案改进为中室压方案，从而保证了相同推力情况下，发动机体积更小、性能更高。
制造过程中，改进型7500N变推力发动机与以往7500N发动机的性能和推力一样，但重量和体积只有以前发动机的三分之一，结构也更加优化、紧凑。发动机的对接法兰框还首次采用3D打印技术，“一次打印成型”避免大余量去除原实心棒材或锻件引起的变形，也保证了发动机与总体对接的质量稳定性。
文章插图
与此同时，环绕器在3000N发动机作用下，高度开始抬升，回到环火轨道，对火星全球环绕探测，持续为火星表面探测和地球的通信担当中继卫星。
在此过程中，两器推进分系统中的小姿控发动机，也起到了不可替代的作用，与上述两型发动机一起，成就了探测器环火和着陆时精准的身姿。
实施新技术 圆满完成巡火任务
时延，是人类进行深空探索面临的共同难题。与嫦娥三号探测器类似，“天问一号”在降落过程中有降速、悬停、缓速下降等动作，对发动机实时响应能力要求很高。但此前嫦娥探月时，时延只有一两秒，感觉并不明显，大多数时候地面仍可以直接控制探测器的动作。
然而当天问一号到达火星时，探测器状态信号需要在宇宙空间里跑30分钟左右才能到达地球,地面上的操控人员即使能实时作出判断回复，到达探测器时又已经过去了30分钟，早就错过了合适的动作时机。
因此，在推进分系统的前期设计中，六院研制团队使用了自主管理系统，让探测器自己判断突发情况自己采取行动化解，实现当判断动作时机到来时，天问一号能够自动执行任务。
文章插图
按照计划，近火捕获开始15分钟后发动机点火就会结束，但因为飞行的轨道设计，发动机点火开始后没多久，天问一号就飞到了火星背面的“星掩区”，火星的遮挡完全中断了探测器和地球之间的通信。为实现自主管理，确保任务顺利完成，六院研制团队开展头脑风暴，分别为环绕器和着陆巡视器设想了10余种自主管理方案和故障预案，比如发动机贮箱欠压、超压等。为推进分系统开展了发动机故障自主切换冗余设计、配置了制导导航和控制系统等保障。
除此之外，推进剂加注历来是航天器在发射场工作的重中之重。火星探测器加注是金属膜片贮箱和表面张力贮箱在一次任务中同时加注，也是两个叠加的航天器一次性实施加注，因贮箱结构不同，加注方案差异很大，加注量精度和加注均衡性要求高，加注时间漫长，整个过程需要8个昼夜，技术难点大，也是国内首次正式实施的高难度高风险加注任务。
文章插图
航天科技集团六院院长王万军表示，“10个月的时间，六院人的心一直与天问一号一起在深空飞翔，始终牵挂她的安危，如今成功实现火星软着陆，充分验证了我院研制的78台发动机的性能，这为我们完成后续任务增添了信心。”
推荐阅读
- 发射 金星上有生命吗？NASA一口气发射2个探测器，谜题即将揭晓
- 地球 设计寿命20天的东方红一号卫星，已飞了50年，何时回收？
- 东方红一号 能量耗尽50年，东方红一号卫星为何还没坠毁它还能再飞100年
- n快讯｜NASA宣布金星探测计划：十年内发射两颗探测器
- 探测 “天问一号”已成功实施火星捕获，中国首次火星探测任务获得成功
- 金星 NASA 宣布“地球姊妹星”金星探测计划：十年内将发射两颗探测器
- 发射 NASA宣布金星探测计划：十年内发射两颗探测器
- n中美探测器轮番抵达，NASA发推誓言：抢先登陆火星
- 彗星 奥陌陌不是彗星？物理学家：似乎有东西推它，能变速，或是探测器
- 东方红 东方红一号还在轨运行，失去动力50年，它为何“永不落”