采访人员从国家航天局获悉 ， 2021年2月10日19时52分 ， 中国首次火星探测任务天问一号探测器成功实施近火捕获制动 ， 开启火星探测任务 。
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火星制动捕获被形象地称为“太空刹车” 。 作为火星探测任务中技术风险最高、技术难度最大的环节之一 ， “太空刹车”必须一次成功 ， 如果错过 ， 就要等到下一个窗口期 。 在这关键的刹车段 ， 中国航天科技集团研制团队设计了相当靠谱的刹车方案 ， 确保探测器可靠、精准完成刹车 。
据航天科技集团专家介绍 ， 火星探测器升空后将以近10万千米/小时（约28km/s）的速度沿着地-火高速公路向前飞行 。 打个简单的比方 ， 地火转移轨道就像是一条以太阳为中心的椭圆形闭环高速 ， 火星只是这条高速上的一个出口 ， 一旦探测器不能及时刹车、从火星出口下高速 ， 那就只能多绕一圈（需要数年时间）到下次路过该出口了 。
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开车的人都知道 ， 在高速公路下匝道需要让车速降下来才能安全过弯 。 类似的 ， 对于以28km/s高速靠近火星的探测器来说 ， 要想被火星引力捕获 ， 也必须在“捕获窗口”对应的轨道弧段 ， 精准、自主可靠地完成“刹车” 。
“在失去地面实时测控的环境下 ， 我们惟有通过方案设计 ， 充分考虑发动机推力存在偏差、探测器质心不断变化等情况 ， 全自主执行精确轨道控制；再通过多因素组合的测试和仿真分析 ， 让控制方案更加健壮可靠 。 ”环绕器副总设计师朱庆华说道 。
“对于轨道设计来说 ， 近火制动这脚刹车力道大小是极为考究的 ， 踩的太轻 ， 就会飞离火星 ， 踩的太重 ， 则会对后面的飞行时序产生巨大影响 。 ”轨道主管设计师高珊用生动的比喻来描述近火制动 。
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火星探测任务捕获时 ， 探测器的目标轨道距离火星最近处仅400km,一不留神就会撞击火星或飞离火星 。 地面测控系统的深空测控网和甚长基线干涉测量网通过接收探测器持续发射的高稳定度无线电信号 ， 经过连续计算获得高精度的轨道数据 ， 从而确保探测器能够在预定的时间、预定的高度顺利进入捕获走廊 ， 实施变轨动作 。
在制动捕获过程中 ， 火星环绕器面临着诸多困难 。 由于制动捕获时探测器距离地球1.92亿公里 ， 单向通信时延达到了10.7分钟 ， 地面无法对整个过程进行实时监控 ， 只能依靠探测器自主执行捕获策略 。 为了确保本次制动捕获成功 ， 中国航天科技集团八院火星环绕器团队设计了器务自主管理器双大脑、姿轨控计算机三核心、测控通信多通道切换策略、发动机双关机策略、3000N和120N发动机两重保险等多项技术 ， 极大地提升了系统的可靠性 ， 为制动捕获过程探测器安全保驾护航 。
【刹车|火星到了，快踩刹车！】此外 ， 为了确保“太空刹车”的安全可靠 ， 承担着指挥控制任务的GNC单元也功不可没 。 在四年的研制过程中 ， GNC单元不断进行着发动机推力方向和大小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 ， 不断对异常现象迅速定位并对方案进行优化完善 。 环绕器GNC分系统产保师刘宇自豪地说道：“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 。 ”（经济日报经点科学工作室 采访人员：姜天骄）
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