正全速奔向火星的“天问一号”，又传来一个好消息。10月9日23时，天问一号探测器主发动机点火工作480余秒，顺利完成奔火旅程中的唯一一次深空机动。
对于“天问一号”火星探测任务，此次变轨意义重大。这意味着，探测器的飞行轨道变为能够准确被火星捕获的与火星精确相交的轨道。探测器将在当前轨道飞行约4个月后与火星交会，期间将再实施两到三次轨道中途修正。
探测器调姿示意图
究竟何为深空机动，对于飞向火星的天问一号而言意味着啥？完成深空机动面临哪些风险？此次深空机动背后的幕后“操盘手”上海航天火星环绕器团队向记者透露了背后的秘密。
与此前已经实施的两次轨道修正（为减小飞行偏差，使探测器沿着预定轨道飞行而进行的轨道控制）不同，深空机动是要改变当前火星探测器飞行的轨道，使其进入一条新的轨道而进行的轨道控制。此次轨道机动在距离地球大约2940万千米的深空实施，天问一号的轨道设计，综合考虑了从发射到火星捕获的各种约束条件并使推进剂消耗尽可能小，采取了转移过程中进行一次深空机动的策略。
这次深空机动完成后，可以改变探测器原有的飞行速度和方向，使其能够沿着变轨后的轨道顺利飞行至火星。
此次深空机动前，已实施两次轨道中途修正
上海航天技术研究院相关专家表示，执行深空机动是运载入轨弹道和地火转移轨道联合优化的结果，能够提升运载的发射能力、增加探测器的发射质量，使探测器可以携带更多的推进剂，更好地完成探测任务。与速度增量较小，发动机工作较短的常规中途修正不同，深空机动过程中，探测器由发射入轨的逃逸转移轨道变轨为精确到达火星的轨道，速度增量大，发动机工作时间长，对探测器控制和推进系统提出了极高的要求。
值得关注的是，通过使用深空机动进行轨道设计和轨道控制，上海航天火星环绕器团队不但成功增加了探测器的推进剂携带量，还实现了三大目标——
一是，深空机动将一个大的捕获速度增量分解为两次相对较小的速度增量，有利于减小发动机单次工作时间，保证发动机工作的可靠性。二是，深空机动的实施有利于3000牛发动机的标定，过程中可对3000牛大发动机进行推力和比冲标定，而精确的发动机标定参数可以更好地确保火星捕获的精度。三是，通过深空机动，上海航天火星环绕器研制团队实现了对探测器到达时间的优化，能够得到更加有利的捕获点处的光照条件和通信条件，也使捕获时探测器经历的火影时间（探测器进入太阳光被火星遮挡的阴影区）和通信盲区时间更短。
那么，如此关键的深空机动是如何实现的呢？
专家表示，执行深空机动任务需要上海航天火星环绕器团队根据预定到达火星时间、轨道参数与即时测控定轨参数制定深空机动变轨策略，完成对应的探测器姿态和轨道控制，确保探测器在深空机动后处于与火星精确相交的轨道上。
为完成地面测控的精密定轨和器上精确自主的轨道控制，此次深空机动中，地面对探测器的定轨任务由我国深空测控站和天文台共同完成，准确保证了探测器变轨的精密定轨需求。同时，为了能够精确自主控制轨道，上海航天抓总研制的火星环绕器装备了高精度陀螺、加速度计以及具备故障识别与自主处理能力的器上计算机，充分保证了轨控的精度和可靠性。
最终的数据表明，这次深空机动堪称完美。
深空机动后，未来还将择机实施两到三次轨道中途修正
此次深空机动中，探测器距火星约3亿公里远，但误差要控制在约200公里，相当于北京到上海约1200公里距离中瞄准一个直径约0.8米的目标。最终，深空机动控制的实际精度优于设计指标。后续，团队将根据探测器实际飞行状态，迭代优化中途修正策略，利用中途修正持续对到达火星的轨道再进行精确修正，保证探测器能够按计划准确进入火星捕获走廊，被火星引力捕获进入环火轨道，开展着陆火星的准备和后续科学探测等任务。
栏目主编：刘锟 文字编辑：刘锟
来源：作者：刘锟
