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原题目:揭开天问一号火星围绕器神秘面纱

天问一号制动捕捉效果图。中国航天科技集团八院供图

随同天问一号乐成被火星引力捕捉,其围绕器结构也揭开了神秘面纱。天问一号探测器由围绕器和着陆巡视器组成。这其中,“太空多面手”围绕器“一器分饰多角”,具备三大功效:航行器、通讯器和探测器。

中国首次火星探测义务探测器系统副总指挥兼围绕器总指挥张玉花示意,在近7个月的航行历程中,天问一号围绕器首先作为航行器,将着陆巡视器送至火星着陆轨道。待乐成释放着陆巡视器后,围绕器作为通讯器,为着陆巡视器确立与地球之间的中继通讯链路。通讯事情竣事后,围绕器作为探测器对火星举行科学探测。

“减肥瘦身”

据中国航天科技集团八院天问一号围绕器结构团队杜冬博士先容,为了战胜地球的壮大引力、奔向火星,天问一号探测器总重量不能超过5000公斤,但为了到达遥远的火星,它又至少需要携带2500公斤的推进剂,除去着陆巡视器占去的1300公斤重量份额,围绕器自身干重被严酷限制在1200公斤以内。

“围绕器的1200公斤包罗结构和其他种种装备的重量,还要兼顾2.5米可睁开驱动天线、太阳电池阵、高分辨率相机等多种大体积装备的安装要求。”杜冬说,若何在重量有限的情形下实现高效的承载和装备安装,成为了围绕器结构团队眼前的一只“拦路虎”。

围绕器结构主任设计师王建炜说,对于航天器来说,质心越低、重量越轻,发射成本就越小,以是结构构型设计的目的就是要只管降低质心,优化重量,同时兼顾装备安装需求。围绕着这个焦点原则,结构团队先后开展了多轮结构构型论证。

“探测器多一克的重量,支出的发射成本将远超一克黄金。”杜冬说,为了继续“减重”,围绕器结构团队还把眼光投向重量更大的结构焦点部件——中央承力筒,并创新采用了“全复合质料主承力结构”,在质料上下功夫,使得围绕器在苛刻限重的条件下实现高效承载。

“火眼金睛”

天问一号探测器飞近火星的历程中,若何靠自己找到火星?

中国航天科技集团八院光学导航专家郑循江告诉记者,天问一号探测器上设置的光学导航敏感器,可以行使拍摄的恒星与火星图像,正确盘算出自身的航行姿态、位置与速率,实现相对火星的自主导航。

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“光学导航敏感器就好比天问一号火星探测器自动驾驶历程中的‘眼睛’。”郑循江说。据他先容,在飞近火星的历程中,探测器靠这双“眼睛”实时观察火星的距离和偏向,让飞控团队可以更直观地确认航行轨道和姿态,盘算图像中火星的几何中央和视半径,天问一号也就可以通过更优估盘算法,来自主获取实时的位置和速率信息。

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郑循江说,7年来,在2500多个日日夜夜的攻关时代,研制团队不是在做试验,就是在去做试验的路上。正是有了普遍的试验数据加持,团队完成了设计方案的多轮优化,最终完成了最恶劣条件下的所有功效及性能的验证。

“这是我国首次在行星际转移航行历程中应用光学自主导航手艺。”郑循江说,海内并无先前的工程履历可参考,研制团队一点点试探,设计了大大小小百余个试验项目,最终使中国成为世界上第二个掌握并在轨验证了火星光学自主导航手艺的国家。

“最壮大脑”

综合电子分系统被称为天问一号围绕器的“最壮大脑”,卖力围绕器所有信息的管控。

张玉花说,在天问一号围绕器对火星举行探测的历程中,器上的各科学仪器都市发生大量的科学数据,这些数据必须要发回地面由科学家们举行研究,此外,围绕器上的光学导航敏感器和红外导航敏感器数据也需要发送回地面举行进一步的剖析,综合电子分系统卖力对这些原始数据举行处置、储存,并在合适的时机传输回地球。

据她先容,通常情形下,围绕地球运行的卫星都是由地面控制中央凭据卫星的实时状态和义务要求举行控制的。但与地球卫星差别,火星围绕器由于器地距离远,通讯时间延迟长,往往来不及依赖地面指令对探测器举行实时处置。

此外,深空探测器与地面站通讯存在怪异的“日凌”征象,即当探测器、地球和太阳位置处于统一直线时,太阳辐射会滋扰地火之间的射频信号传输,导致通讯中止。因此,“日凌”时代,围绕器必须“自己照顾好自己”。

张玉花说,针对这些情形,围绕器综合电子分系统的研制团队举行了一系列手艺攻关,设计了深空探测长时间无上行指令自主管理机制、整器断电再恢复功效等,让围绕器在必要时能“自己照顾好自己”,实现了围绕器在轨自主运行大于60天的能力。

她告诉记者,从环火更先,天问一号就正式成为火星的卫星。后续,天问一号还要举行一次轨道调整和两次近火制动,届时天问一号离火星最近距离只有265公里。之后,天问一号探测器会边围绕边完成摄影义务,开展预选着陆区探测,设计于2021年5月至6月择机实行火星着陆。

“高清摄影师”

2月12日,国家航天局对外公布天问一号抵达火星轨道历程中的影像。实行此次拍摄义务的工程丈量分系统,就是火星捕捉大片背后的“摄影师”,由中国航天科技集团八院509所设计研制。

张玉花示意,为做晴天问一号在轨事情状态的可视化监视,火星围绕器工程丈量团队专门设计了一套由多个“质量小、个头小、能耗小”的“小块头”组成的工程丈量分系统,包罗固连遥测探头、近距离遥测探头和国旗,而实行此次捕捉历程摄影的,即是其中的固连遥测探头的两个固连丈量传感器。

在飞向火星的旅程中,固连遥测探头一起监测天问一号的状态,完成了太阳翼睁开历程、定向天线睁开监测,在定向天线睁开到位的同时拍摄到了地球。

张玉花说,自我国首次自主火星探测工程立项以来,若何做晴天问一号在轨航行可视化监测就成为了研制团队面临的重要义务之一。火星围绕器工程丈量团队连系全航行历程,设计了太阳翼睁开、定向天线睁开、地月摄影、太空 *** 、火星摄影、器器星散历程等监测义务。

她告诉记者,在接下来的航行中,火星围绕器工程丈量分系统将继续开展义务,连续监测太阳翼、定向天线的运行情形监测,实行器器星散历程可视化监测,继续为天问一号的探测之旅保驾护航。

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