第二次軌道修正后 “天問一號”得考慮保暖問題了
楊 璐 宋星光 本報(bào)記者 付毅飛
記者從國家航天局獲悉，2020年9月20日23時，在我國首次火星探測任務(wù)飛行控制團(tuán)隊(duì)控制下，“天問一號”探測器4臺120N發(fā)動機(jī)同時點(diǎn)火工作20秒，順利完成第二次軌道中途修正，并在軌驗(yàn)證了120N發(fā)動機(jī)的實(shí)際性能。
截至目前，“天問一號”已在軌飛行60天，距離地球約1900萬公里，飛行路程約1.6億公里，探測器各系統(tǒng)狀態(tài)良好，地面測控通信各中心和臺站跟蹤正常。
中途修正一般是指在探測器飛行過程中，對各種原因?qū)е碌能壍榔x進(jìn)行修正，使探測器更貼近理論軌道飛行。據(jù)北京航天飛行控制中心介紹，“天問一號”飛向火星期間，會受到太陽和太陽系其他行星的引力作用，一部分行星的引力會對探測器造成干擾，在長期的積累過程中使其飛行軌跡和速度發(fā)生變化。由于探測器長期處于無動力飛行，微小的位置速度誤差會逐漸累積和放大，地面測控系統(tǒng)需要在飛行過程中根據(jù)測定軌計(jì)算得到的實(shí)際飛行軌道和理論設(shè)計(jì)軌道之間的偏差，對探測器飛行軌道進(jìn)行修正，確保探測器始終飛行在預(yù)定軌道上。
第二次中途修正安排在第一次中途修正和深空機(jī)動之間進(jìn)行，主要是為修正第一次中途修正的殘余誤差，瞄準(zhǔn)理論深空機(jī)動點(diǎn)的位置，同時進(jìn)行4臺120N發(fā)動機(jī)的試噴。為此該中心采用了第二次中途修正與深空機(jī)動聯(lián)合優(yōu)化控制的軌控策略，在滿足本次發(fā)動機(jī)最小開機(jī)時長的前提下，對于指定中途修正時刻，通過對中途修正軌控方向在慣性空間尋優(yōu)，使深空機(jī)動控制量最小，并瞄準(zhǔn)標(biāo)稱近火點(diǎn)參數(shù)，計(jì)算中途修正控制參數(shù)。
由于“天問一號”發(fā)射入軌和第一次中途修正的精度很高，本次修正量很小，發(fā)動機(jī)開機(jī)時長約20秒。
目前“天問一號”仍在北京飛控中心的嚴(yán)密測控之下平穩(wěn)飛行，里程數(shù)即將達(dá)到2億公里。細(xì)心的讀者可能會問：為什么飛行了1億多公里，它與地球的距離卻才不到2000萬公里？
這是因?yàn)椋疤靻栆惶枴痹陲w向火星的過程中，是沿著一個機(jī)動軌道以弧線的形式飛行，會不斷遠(yuǎn)離地球。但與此同時，地球和火星也都在各自的軌道上繞著太陽公轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)出“你走我也走”的狀態(tài)。所以，相對發(fā)射時的空間位置，“天問一號”的里程數(shù)在迅速累加，而相對地球的距離則沒有那么快拉開。
一晃間，“天問一號”已經(jīng)飛行近兩個月，地球上由夏轉(zhuǎn)秋，我國北方地區(qū)甚至不久后就要開始供暖了，而“向火而行”的“天問一號”，也需要考慮保暖問題。
據(jù)北京飛控中心專家介紹，隨著與太陽距離的變化，“天問一號”的姿態(tài)也要變化：剛發(fā)射時，它距離太陽較近，其太陽帆板并不是正對著太陽，而會增加一個角度偏置。如果那時太陽帆板正對太陽，就會吸收過多太陽能，導(dǎo)致發(fā)電量過高，多余的電量無法消耗，會損害電池壽命。讓帆板保留一定角度，既可以滿足供電需要，又能使探測器體溫正常。
相比地球，火星距離太陽較遠(yuǎn)，光照小于地球位置處的平均太陽輻射常數(shù)，在地火轉(zhuǎn)移的過程中，“天問一號”獲得的太陽能會越來越弱，到一定時候就要把太陽帆板完全展開，以滿足電力供應(yīng)。這個帆板的變化將在第二次中途修正后執(zhí)行。
在調(diào)整太陽帆板角度的同時，還要對“天問一號”本身的姿態(tài)做出調(diào)整控制，確保它和地面通信順暢。既要精確控制太陽帆板，還要調(diào)整探測器姿態(tài)，這對北京飛控中心的姿態(tài)控制提出了很高的要求。
隨著時間的推移，“天問一號”還會遇到太陽熱能不夠的狀況，到那時，它只能通過太陽帆板接收光能，而沒有足夠的熱能來保持體溫，這就需要它給自己加電發(fā)熱，保持身上的設(shè)備正常運(yùn)行。
不過相比我們生活中的供暖，“天問一號”的加熱更精準(zhǔn)。它可以識別出身上哪個部位溫度過低，按區(qū)域精準(zhǔn)“供暖”，在節(jié)省能源的同時保證設(shè)備安全。