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环绕器 厉害了！天问一号成功“落火”西安制造78台发动机近5亿公里全程护航

环绕器 厉害了！天问一号成功“落火”西安制造78台发动机近5亿公里全程护航
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2021年5月15日，天问一号着陆巡视器与环绕器实现分离，成功软着陆于火星表面，实现了人类航天史上的又一次壮举，竖起了中国航天史上又一座激动人心的里程碑。由航天科技集团六院研制交付的78台各型发动机，推举长征五号遥四运载火箭，助力天问一号探测器，将液体动力的贡献贯穿全程，在浩瀚宇宙中书写出一个又一个新的奇迹。
应对高风险 成功实施绕火飞行
距离2020年7月23日，在文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空，成功进入预定轨道，迈出中国自主开展行星探测的第一步，经历四次轨道中途修正，按计划实施火星捕获，顺利进行绕火飞行，传回首幅火星图像，成功进入火星停泊轨道……经过漫长的飞行与发动机的数次点火，天问一号探测器至今已在浩瀚星空中飞行将近10个月。
要想成功飞向火星，搭载火星探测器的运载火箭必须达到第二宇宙速度，方能助力探测器脱离地球引力，踏上神秘的探火之旅。
在长征五号遥四运载火箭上，配置了由航天科技集团六院研制生产的新一代绿色无污染的8台120吨级液氧煤油发动机、2台50吨级氢氧发动机、2台9吨级膨胀循环发动机及18台作为辅助动力的姿控发动机。这30台四型发动机，将我国运载火箭的近地轨道运载能力，从9吨提升至25吨，从而实现火箭的一飞冲天，为天问一号探测器向着火星的漫漫星途提供强劲可靠的动力保障。
超过4.75亿公里的飞行距离里，天问一号始终以太阳为中心飞行，力保在探测器到达火星轨道时，火星也刚好达到，从而实现被火星捕获，成为围绕火星飞行的一颗卫星。
只有实现这个前提才能完成后续探测器进入到着陆前的停泊轨道、实施着陆和开展火星表面工作等一系列关键动作。这一过程，也可以理解为一辆行驶在高速公路上的汽车即将寻找一个准确的时机进入匝道，这要求对它当前位置作出精准的测量，并保证能够稳、准、狠地踩下刹车。
这是一个一次性不可逆的过程，如果一旦发动机未能点火，或是点火姿态出现问题，将会导致整个任务的失败。
由六院研制生产的3000N轨控发动机就是肩负着近火制动任务的关键。要确保在15分钟左右的时间里，把探测器与火星的相对速度从每秒5.1公里降低到每秒4.5公里，这要求发动机不仅要快速点火启动，还要保证在额定点长时间连续稳定工作。
在探火之旅的整个过程中，六院为我国深空探测任务专门研制的3000N轨控发动机承担着三项任务，一是地球转移到火星过程中的姿态修正，二是在接近火星时的“刹车制动”，三是在火星附近的轨道调整。该型发动机从2010年立项到2016年定型，经历了多项考核，充分验证了各项关键技术，具有高比冲、多次起动、长寿命、环境适应性良好等优点。
突破高难度 顺利实现安全着陆
相较之前的探月任务有所不同，火星表面存在以二氧化碳为主要成分的稀薄大气，会在发动机下降过程中带来摩擦生热等问题。因此探测器着陆方式也从之前月球真空环境下的变推力发动机反推着陆，改变为降落伞和变推力发动机共同作用。
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。
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。
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。

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