來源：空調(diào)大視野
2021年2月10日19時52分，中國首次火星探測任務天問一號探測器實施近火捕獲制動，環(huán)繞器3000N軌控發(fā)動機點火工作約15分鐘，探測器順利進入近火點高度約400千米，周期約10個地球日，傾角約10o的大橢圓環(huán)火軌道，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星，實現(xiàn)“繞、著、巡”第一步“繞”的目標，環(huán)繞火星獲得成功。
首次火星探測任務由地火轉(zhuǎn)移階段進入火星捕獲階段后，天問一號環(huán)繞器攜帶的中分辨率相機、高分辨率相機、磁強計、礦物光譜分析儀、離子與中性粒子和能量粒子探測儀等載荷將陸續(xù)開始工作，對火星開展多維度探測。
自2020年7月23日成功發(fā)射以來，天問一號探測器已累計飛行202天，完成1次深空機動和4次中途修正，抵達火星時飛行里程約4.75億千米，距離地球約1.92億千米，器地通信單向時延約10.7分鐘，各系統(tǒng)狀態(tài)良好。后續(xù)天問一號還將經(jīng)過多次軌道調(diào)整，進入火星停泊軌道，開展預選著陸區(qū)探測，計劃于2021年5月至6月?lián)駲C實施火星著陸，開展巡視探測。
探測器在經(jīng)過長途飛行后，如何成功被火星的引力場捕獲，是這次探火任務的關鍵難點之一。“不被捕獲，探測器就飛過去了，所以這個捕獲很關鍵。”航天科技集團科技委主任包為民院士說。
探測器在地火轉(zhuǎn)移軌道飛行期間，需要經(jīng)過4次中途修正和一次深空機動，在臨近火星時“剎車”減速。
由于探測器在地火轉(zhuǎn)移軌道上的長時間無動力飛行，微小位置速度誤差會逐漸累計和放大，所以必須在合適的時機進行中途軌道修正，以保證探測器最終能夠準確進入制動捕獲的軌道窗口，這需要GNC（制導、導航與控制）分系統(tǒng)完成精確的飛行軌道計算和中途修正控制。
“天問一號”火星探測任務需要選擇合適的制動捕獲策略，因為飛往火星的制動捕獲機會只有一次，唯有準確、可靠地完成既定控制指令的執(zhí)行，才能使探測器形成環(huán)繞火星飛行的狀態(tài)。
假如捕獲失敗，探測器將與火星擦肩而過。
成功捕獲后，距離降落還有多久？
1.“剎車”進入火星停泊軌道
順利被火星引力場捕獲后的探測器，需要通過“剎車”降軌，進入火星停泊軌道。
首先探測器會進行近火點制動，進入周期約10個地球日的火星捕獲軌道。這是一條環(huán)繞火星的大橢圓軌道，在這條軌道上，探測器距離地球約1.92億公里，和地球的數(shù)據(jù)傳輸單程時延10分鐘左右。
之后，探測器降軌進入軌道周期約2個火星日的火星停泊軌道，開展對著陸區(qū)的預先探測。
“天問一號”火星探測任務的首選著陸點位于火星烏托邦平原南端。探測器預計在火星停泊軌道上飛行近3個月，一次次從烏托邦平原上空掠過，觀察著陸點并對著陸區(qū)進行預先探測，等待進入火星窗口來臨的那一刻，擇機釋放著陸巡視器。
2.環(huán)繞器和著陸巡視器分離
“天問一號”探測器由環(huán)繞器和著陸巡視器上下串聯(lián)組成。環(huán)繞器和著陸巡視器的分離過程并不簡單。
探測器將在飛抵近火點前約5小時的時候?qū)嵤┙弟墸徊讲娇拷鹦牵唤弟壓蠹s2小時，著陸巡視器與環(huán)繞器分離。
也就是說，為了準確地將著陸巡視器“拋”至著陸區(qū)，探測器需要進入撞擊火星的飛行狀態(tài)，在精確的時刻完成兩器分離。屆時探測器距離地球約3億公里，和地球數(shù)據(jù)傳輸單程時延近20分鐘。
然后，兩器都將依靠GNC分系統(tǒng)，上演一系列太空芭蕾般的動作。
環(huán)繞器需要迅速升軌，返回到火星停泊軌道，以避免撞向火星；著陸巡視器則采用“彈道－升力式”進入火星大氣層，再經(jīng)過減速，軟著陸火星。
這一路闖關奔火，飛行動作環(huán)環(huán)相扣，這對于探測器自主能力的考驗是空前的。
3.險象環(huán)生的EDL過程
重約1.3噸的著陸巡視器從進入火星大氣層到降落到火星表面，整個過程大約只有9分鐘。雖然時間短暫，卻是整個飛行任務中的一道壓軸難題。
著陸巡視器在奔火途中一直處于高速飛行狀態(tài)，所以軟著陸火星的進入、下降、著陸過程（又稱“EDL”），需要經(jīng)歷氣動減速、傘系減速、動力減速、著陸緩沖4個階段，逐步減速。
在大約9分鐘的時間里，著陸巡視器要執(zhí)行升力控制、彈傘開傘、拋大底、拋背罩、懸停、避障和著陸緩沖等一系列動作，時間短、動作多，地球上的飛控人員無法實時干預，航天器只能通過預先注入的指令自主進行導航、制導與控制。
預計著陸后的第8個火星日，中國首輛火星車將緩緩駛下著陸平臺，在烏托邦平原上軋下第一道印記。
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