火星卫星|“十年磨一剑”打造我国首颗人造火星卫星( 二 ) 太阳电池阵|深空探测|探测器

天问一号在抵达火星轨道前，需要把握住唯一的机会，对火星进行“制动捕获” 。作为中国首次火星探测任务中技术风险最高、技术难度最大的环节之一，这一动作被形象地称为“踩刹车” 。
“为什么说只有一次机会？如果点火时间过长，探测器就会一头撞上火星；如果点火时间过短，探测器就会飞离火星。这对环绕器姿轨控分系统提出了极高要求。”朱新波说。
他打了一个比方：开车的人都知道，在高速公路下匝道需要让车速降下来，才能安全经过弯道。类似的，对于以高速度向着火星靠近的探测器来说，要想被火星引力所捕获，也必须在“捕获窗口”对应的轨道弧段，精准、自主可靠地完成“刹车” 。
从理论上说，给探测器一个反向推力，即可把它的速度降下来。但在工程实施过程中，仍会遇到不少问题：火星引力的“捕获窗口”有限，要求探测器在10分钟内将速度降低约每秒1公里。此外，由于通信延时，探测器必须完全依靠自身完成发动机点火和关机，克服发动机点火期间的扰动，实现点火方向和点火时长的精确控制。
难题摆在面前，年轻的研制团队再一次出手了。
环绕器团队总体设计师谢攀告诉采访人员，为了解决这一难题，他和同事不断进行脑力碰撞，提出成百上千个方案。最终，他们决定采用捕获时“开机时长”和“速度增量”两个指标来控制发动机的“双关机策略” 。如此，环绕器还可以自主生成二次捕获策略，以最大限度保证任务的成功。
2016年，我国首次自主火星探测任务正式启动立项，在这之后的几年里，谢攀所在的研制团队接连攻克了火星制动捕获、超远距离通信、长时间在轨自主管理、深空光学自主导航等多项关键技术。
谢攀说，过去4年，研制团队不知经过了多少次试验，失败了重新再来，成功了就再重复验证，其目的都是为了确保可靠、精准完成这一脚高难度“刹车” 。
千分之三不容忽视
在地面的一次半物理仿真试验中，天问一号捕获制动精度与指标要求有了明显偏差，这让朱庆华的心一下子提到了嗓子眼儿。
这位环绕器技术副总设计师疑惑道：方案已考虑了探测器燃料消耗引起的质量变化，也考虑了推力方向偏心造成的姿态干扰等多种可能的因素，为什么精度还是不够？
研制团队随即对捕获制动这一过程再次进行深入分析，最终发现，制动前的“沉底”时间过长，对捕获控制的速度增量产生了约0.3%的影响。
所谓“沉底”，就是在主发动机推力减速前，先启动维持探测器姿态控制的小推力器工作，通过姿态控制推力器产生的加速度，使燃料集中到贮箱底部，便于主发动机工作。
朱庆华告诉采访人员，研制团队很快对这一过程进行精确分析，将沉底工作过程的推力减小一倍，并将沉底过程对速度增量的影响引入到主发动机关机时机的计算中，通过方案优化和进一步仿真验证，捕获制动精度有了显著提升。
一个细节暴露了问题，那么其他细节会不会也有类似的问题？
研制团队开始“举一反三”：承担着指挥控制任务的GNC单元，采用了三模冗余方案。在团队多轮设计、仿真及验证工作下，3台计算机可确保“步调一致”并实现“民主表决”，即运算时刻和初始数据始终保持一致，进而通过少数服从多数的原则，确保计算结果准确无误。
【火星卫星|“十年磨一剑”打造我国首颗人造火星卫星】朱庆华说，为了确保这次“刹车”可靠完成，研制团队在4年的研制过程中，不断进行着发动机推力方向和大小、发动机推力干扰力矩、太阳电池阵挠性振动、推进剂液体燃料晃动等各参数的正常范围、极限拉偏测试，分析测试和试验中GNC系统的表现，对异常现象迅速定位并对方案进行优化完善。

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