大家好，我是張宇，是北京航天飛行控制中心的一名科技工作者。 “天問(wèn)一號(hào)”任務(wù)準(zhǔn)備接近五年了，為了完成今天的捕獲，從2月3號(hào)開(kāi)始，我們就進(jìn)入了集中式的工作模式。一天24小時(shí)對(duì)探測(cè)器進(jìn)行跟蹤，保障探測(cè)器的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)時(shí)“嫦娥五號(hào)”也是一天24小時(shí)，連續(xù)近一個(gè)月的工作，我們?cè)谛睦砗蜕眢w上都有一定的積累和準(zhǔn)備。我們這個(gè)任務(wù)的目標(biāo)就是要繞、落、巡，繞上火星只是第一步，后面我們還要著陸火星，對(duì)火星表面開(kāi)展巡視探測(cè)，所以說(shuō)我們后面還有很長(zhǎng)的路要走。
能夠參與我們國(guó)家首次火星探測(cè)任務(wù)，本身就是一件很驕傲的事；同時(shí)也能在工作中探索太陽(yáng)系、探索宇宙，為我國(guó)航天夢(mèng)、強(qiáng)國(guó)夢(mèng)貢獻(xiàn)自己的一份力量，也是很有意義的一件事。
在此次火星探測(cè)中我主要負(fù)責(zé)探測(cè)器軌道方面的工作。“天問(wèn)一號(hào)”從2020年07月23日發(fā)射入軌，截至目前已在軌飛行約 200 多天，各系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好。探測(cè)器除了每日例行的測(cè)控跟蹤工作外，也進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。這些試驗(yàn)一是驗(yàn)證各系統(tǒng)的功能和性能，二是為環(huán)火飛行以及著陸巡視探測(cè)做準(zhǔn)備。
在太陽(yáng)系中，以太陽(yáng)為中心來(lái)看，地球軌道與火星軌道是不交會(huì)、沒(méi)有交點(diǎn)的，去往火星就是從地球軌道到達(dá)火星軌道。從一個(gè)天體的引力范圍到另一個(gè)天體的引力范圍叫轉(zhuǎn)移軌道。之前我國(guó)在探月工程中已經(jīng)實(shí)施驗(yàn)證過(guò)這類(lèi)軌道，在探月工程中，從地球軌道到月球軌道叫地月轉(zhuǎn)移軌道；從月球到地球叫月地轉(zhuǎn)移軌道；在此次火星探測(cè)中叫地火轉(zhuǎn)移軌道。這條路就好比一個(gè)人邁過(guò)一條壕溝，在探月中，這條壕溝要近一些；而在火星探測(cè)中，“天問(wèn)一號(hào)”邁過(guò)的這條壕溝要遠(yuǎn)得多。
這條路是根據(jù)地球與火星公轉(zhuǎn)周期選擇的，地球公轉(zhuǎn)周期是一年，火星公轉(zhuǎn)周期約兩年。在這兩年內(nèi)，兩個(gè)天體就有一次交會(huì)的時(shí)間點(diǎn)，所以選擇在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)附近發(fā)射可以實(shí)現(xiàn)從地球到達(dá)火星的時(shí)間最短、距離最短或者能量最省這幾種模式。在國(guó)際上通常采用能量最省的模式，這也是國(guó)際上兩年一次火星探測(cè)熱潮的由來(lái)。地火轉(zhuǎn)移軌道的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)就是“霍曼轉(zhuǎn)移軌道”，它是兩個(gè)不同高度的軌道間轉(zhuǎn)移常用的一種方式，其軌道特性是：近日點(diǎn)在地球公轉(zhuǎn)軌道上，遠(yuǎn)日點(diǎn)在火星公轉(zhuǎn)軌道上的橢圓軌道。這類(lèi)軌道充分利用地球自身的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的速度，以犧牲時(shí)間為代價(jià)使得轉(zhuǎn)移所需能量最小。根據(jù)這個(gè)特性設(shè)計(jì)軌道，就是當(dāng)探測(cè)器從地球出發(fā)到達(dá)遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)恰好或者超過(guò)火星公轉(zhuǎn)的軌道，如果計(jì)算好火星公轉(zhuǎn)的時(shí)間我們就能準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)火星。
火星引力范圍是約58萬(wàn)公里，被火星捕獲就是進(jìn)入火星引力范圍后在近火點(diǎn)實(shí)施近火捕獲制動(dòng)控制，使探測(cè)器成為環(huán)繞火星飛行的一顆衛(wèi)星；如果不實(shí)施近火捕獲制動(dòng)，由于探測(cè)器飛行速度過(guò)快則無(wú)法被火星引力拉住而飛走，無(wú)法成為環(huán)繞火星運(yùn)行的衛(wèi)星。在近火點(diǎn)實(shí)施制動(dòng)控制是能量最省的一種被火星捕獲的方式，否則需要的燃料需要增加很多。“天問(wèn)一號(hào)”被火星捕獲是技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)最高的環(huán)節(jié)之一，只有一次機(jī)會(huì)。這一次機(jī)會(huì)就是探測(cè)器與火星交會(huì)的時(shí)機(jī)，錯(cuò)過(guò)這個(gè)時(shí)機(jī)就沒(méi)有再次交會(huì)的機(jī)會(huì)了，如果近火捕獲制動(dòng)失敗探測(cè)器只能成為一顆環(huán)繞太陽(yáng)飛行的人造行星。從地球出發(fā)飛行上億公里，為了確保捕獲制動(dòng)的萬(wàn)無(wú)一失，之前探測(cè)器與地面深空網(wǎng)均已進(jìn)行了充分的測(cè)試和驗(yàn)證；同時(shí)，在接近火星時(shí)需確保探測(cè)器軌道預(yù)報(bào)計(jì)算和制動(dòng)控制量準(zhǔn)確，才能保證在近火點(diǎn)實(shí)施制動(dòng)捕獲控制，使“天問(wèn)一號(hào)”成為環(huán)繞火星飛行的探測(cè)器，為后續(xù)試驗(yàn)和探測(cè)奠定基礎(chǔ)。
“天問(wèn)一號(hào)”是探火史上難度最高的一次任務(wù)，通過(guò)一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)繞、落、巡的目標(biāo)，既要保證繞上火星，還要著陸火星并開(kāi)展巡視探測(cè)；此前，國(guó)際上火星探測(cè)要么是環(huán)繞探測(cè)，要么是著陸巡視探測(cè)；探測(cè)火星同時(shí)實(shí)現(xiàn)這三個(gè)目標(biāo)，這在國(guó)際上是第一次；對(duì)我國(guó)而言，還是第一次自主探測(cè)就實(shí)現(xiàn)如此高的目標(biāo)。
中國(guó)的“天問(wèn)一號(hào)”、美國(guó)的“毅力號(hào)”、阿聯(lián)酋的“希望號(hào)”三大火星探測(cè)器都在2月抵達(dá)火星，這是前所未有的。火星上是否有水、有生命，是人類(lèi)目前最關(guān)心的問(wèn)題。由于火星與地球最為相似，所以探測(cè)火星生命的起源和演化，可以促進(jìn)對(duì)人類(lèi)生命乃至太陽(yáng)系的起源和演化的研究；以及了解人類(lèi)在宇宙中的地位和最終的命運(yùn)。大量跡象表明，火星以前很可能與目前的地球一樣，只是經(jīng)過(guò)幾十億年的演化才變成大氣層稀薄、溫度較低、水源枯竭的樣子；而另一顆離地球很近的行星——金星，正好與此相反。所以，不少天文學(xué)家推斷：火星是地球的未來(lái)，而金星是地球的過(guò)去。因此，深入探測(cè)火星對(duì)研究地球的演化，防止它變成人類(lèi)難以生存的第二個(gè)火星具有促進(jìn)作用。
2020年，“天問(wèn)一號(hào)”與我們攜手同行，帶著我們的航天夢(mèng)飛向火星；2021年，我們將引領(lǐng)“天問(wèn)一號(hào)”首次著陸地外行星，為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)不懈努力。
值此新春佳節(jié)來(lái)臨之際，由于“天問(wèn)一號(hào)”剛到達(dá)并環(huán)繞火星，我們團(tuán)隊(duì)還有很多工作要做，還有很多同志工作在第一線。我謹(jǐn)代表我們團(tuán)隊(duì)向家人和全國(guó)人民拜年，感謝大家對(duì)“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)的關(guān)注和支持。祝全國(guó)各族人民春節(jié)快樂(lè)、闔家幸福！
