火星在中國(guó)古代被稱為“熒惑”，因?yàn)樗鼰蔁伤苹?，亮度變換，行蹤不定，令人迷惑。中國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了首個(gè)航天員上天的千年飛天夢(mèng)想，實(shí)現(xiàn)了人類月球背面首次軟著陸的驚世壯舉，現(xiàn)在，我們終于把目光聚焦在了這顆距離地球最近的紅色行星，這將是一次漫長(zhǎng)的太陽(yáng)系之旅，從今天開始，我們將以“天問之路”連載的方式，讓大家跟隨著我國(guó)首次火星探測(cè)器天問一號(hào)，開啟這史詩(shī)般的夢(mèng)幻之旅。

做好長(zhǎng)途旅行的一切準(zhǔn)備

相比環(huán)繞地球飛行、降落月球表面，去最遠(yuǎn)4億公里的火星旅行可并非易事。2020年7月23日，12時(shí)41分，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭托舉著天問一號(hào)火星探測(cè)器一飛沖天，飛控人追尋火星的腳步在火箭飛行的過程中就已經(jīng)開始了。

“‘南美’捕獲目標(biāo)！”，這是探測(cè)器入軌后第一個(gè)跟蹤探測(cè)器的深空站，在天問一號(hào)發(fā)射前，關(guān)于如何確保阿根廷深空站準(zhǔn)確捕獲目標(biāo)，著實(shí)讓北京中心的專家們花費(fèi)了不少精力。

由于天線口徑大，指向精度高，這也意味著如果北京中心給出的引導(dǎo)信息稍有偏差，測(cè)站將無法準(zhǔn)確捕獲目標(biāo)。13時(shí)17分，器箭分離，北京中心僅用4分鐘，就快速準(zhǔn)確地確定了探測(cè)器的軌道，數(shù)據(jù)隨即被發(fā)送到測(cè)站，隨著捕獲的信息傳來，飛控大廳內(nèi)的控制人員臉上都綻放出了舒心的笑容。

“定向天線展開！”這又是一個(gè)非常關(guān)鍵的控制，在4億公里的距離上，地面和探測(cè)器間傳送的無線電信號(hào)將變得非常微弱，而展開這個(gè)近6平方米的“大鍋”非常重要，它能大幅提升傳輸信號(hào)強(qiáng)度，到了火星軌道，與地面遠(yuǎn)距離通信就全靠它了。

天線成功展開后，地面控制定向天線指向地球，將探測(cè)器切換成深空通信模式，并進(jìn)行了發(fā)令測(cè)試，指令執(zhí)行正常，妥了！現(xiàn)場(chǎng)人員這才安下了心，這條深空遠(yuǎn)距離通信的“生命線”已經(jīng)牢牢掌握在了我們手中。

來一張地月合影

天問一號(hào)探測(cè)器不僅可以按地面的控制進(jìn)行導(dǎo)航，它還攜帶了一個(gè)“神器”——光學(xué)導(dǎo)航敏感器，在距離火星較近的距離時(shí)，可以使用它通過拍攝火星的光學(xué)影像，實(shí)現(xiàn)對(duì)火星位置和距離的確定，引導(dǎo)探測(cè)器精確飛向火星。

7月27日，天問一號(hào)火星探測(cè)器入軌后4天，器地距離120萬公里左右，我們把握住了這個(gè)給地月拍攝合影的機(jī)會(huì)，同時(shí)對(duì)光學(xué)導(dǎo)航敏感器進(jìn)行成像測(cè)試。

為了讓這位“地外攝影師”找到最好的角度，北京中心精確計(jì)算拍攝角度，在對(duì)地球成像的同時(shí)讓月球也處在最優(yōu)位置。角度確定，還要轉(zhuǎn)換成更加具體的調(diào)姿參數(shù)，才能夠讓“天問攝影師”架設(shè)機(jī)器到位。經(jīng)過嚴(yán)密而準(zhǔn)確的計(jì)算以后，這一套拍攝方案最終被順利實(shí)施，上注環(huán)繞器調(diào)姿控制參數(shù)，將整器姿態(tài)調(diào)整到成像要求，按下快門成功拍攝！隨后及時(shí)讓探測(cè)器恢復(fù)+X對(duì)日姿態(tài)，切換探測(cè)器工作模式下傳成像數(shù)據(jù)，一氣呵成，精準(zhǔn)無誤，成片效率100分！

成為行星

按照國(guó)際電信聯(lián)盟的定義，深空邊界為距離地球200萬公里遠(yuǎn)的空間，7月29日，也就是天問一號(hào)火星探測(cè)器入軌后6天，它就成功突破了這一邊界，正式成為了太陽(yáng)系中一顆遨游深空的行星。截至8月25日23時(shí)，天問一號(hào)距離地球距離突破了1000萬公里，累計(jì)行程達(dá)9329萬公里。

是邊界就意味著一定程度上的挑戰(zhàn)極限，深空邊界也一樣，代表著超遠(yuǎn)距離、超大時(shí)延的環(huán)境變化，這無疑是地面飛控人必須攻克的難關(guān)。

為了確保天問一號(hào)沿著精確的軌道飛向火星，在天問一號(hào)發(fā)射入軌后，北京中心合理調(diào)配深空測(cè)控資源，利用三個(gè)深空測(cè)控站和VLBI觀測(cè)網(wǎng)，對(duì)探測(cè)器進(jìn)行了準(zhǔn)確跟蹤和精密定軌，為高精度軌道修正奠定了基礎(chǔ)。未知的太空意味著風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，牽好地面和航天器的通信線至關(guān)重要，在照顧好天問一號(hào)的同時(shí)，中心合理利用深空測(cè)控資源，順利實(shí)施了嫦娥四號(hào)著陸器、巡視器和中繼星的休眠喚醒，還兼顧好在月球上的“老壽星”嫦娥三號(hào)著陸器，讓我們的玉兔二號(hào)能夠繼續(xù)平安地在月背繼續(xù)巡視探測(cè)。

軌道修正順便試試發(fā)動(dòng)機(jī)

地球到火星是漫長(zhǎng)的旅程，在這一路上，探測(cè)器會(huì)受到入軌偏差、控制精度偏差和微小擾動(dòng)等因素影響，就需要地面測(cè)控系統(tǒng)對(duì)探測(cè)器飛行軌道進(jìn)行修正。為了確保天問一號(hào)一直運(yùn)行在正確的道路上，北京中心的軌道專家們?yōu)樗O(shè)計(jì)了4至5次中途修正和1次深空機(jī)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確到達(dá)火星的目標(biāo)。

第一個(gè)月里就迎來了它的第1次中途軌道修正。除了修正軌道，還要對(duì)3000N發(fā)動(dòng)機(jī)試噴和推進(jìn)標(biāo)定。雖然8月2日才是預(yù)定第一次中途修正的日子，但在天問一號(hào)入軌后，北京中心軌道團(tuán)隊(duì)的工程師們就已經(jīng)開始高速運(yùn)轉(zhuǎn)，精準(zhǔn)地計(jì)算第一次中途修正控制策略。

為了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和加速度計(jì)進(jìn)行精確的標(biāo)定，發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)時(shí)間確定為20秒，為達(dá)到最優(yōu)的軌道控制精度并節(jié)約使用探測(cè)器推進(jìn)劑，軌道專家們采取了第一次中途修與深空機(jī)動(dòng)控制進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，最終拿出了既能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定又實(shí)現(xiàn)地火轉(zhuǎn)移能量最優(yōu)的控制策略。

8月2日早7時(shí)，第一次中途修正控制順利實(shí)施，推進(jìn)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)正常，北京中心又利用控前控后精密軌道對(duì)控制效果進(jìn)行了標(biāo)定，結(jié)果表明第一次中途修正控制完美，探測(cè)器正以相對(duì)地球3.456km/s，相對(duì)太陽(yáng)31.698km/s的速度沿著飛控人繪制的精確軌道向火星進(jìn)發(fā)！

我是天問一號(hào)，感覺良好

天問一號(hào)不是單槍匹馬走天下，它的身上也攜帶著許多以后環(huán)繞火星、登陸火面和巡視探測(cè)等需要用到的設(shè)備，為了掌握各個(gè)設(shè)備在飛行階段的狀態(tài)，在這個(gè)月里，還要對(duì)它們開機(jī)自檢。

北京中心利用8月19日、20日兩天，分別對(duì)探測(cè)器載荷和工程測(cè)量分系統(tǒng)實(shí)施了自檢工作。經(jīng)過開機(jī)自檢，可以確認(rèn)載荷和各類監(jiān)視拍攝探頭工況正常，未來的日子里它們都將會(huì)派上大用場(chǎng)，期待它們可以不斷為我們帶來好消息。

現(xiàn)在探測(cè)器上搭載的火星能量粒子分析儀已經(jīng)開機(jī)工作，獲取的數(shù)據(jù)能夠?yàn)檠芯康鼗疝D(zhuǎn)移軌道能量粒子的能譜、元素成分及其變化規(guī)律提供寶貴的第一手資料。

第一個(gè)月的工作對(duì)天問一號(hào)和地面的航天人來說，都是新鮮且緊張的，天問一號(hào)猶如新生兒，每一天都處于新的位置，面對(duì)著新的環(huán)境。而航天人們則如新晉父母，要守護(hù)它去應(yīng)對(duì)可能的挑戰(zhàn)。然而這一切都將充滿意義，能夠濃縮在十幾個(gè)月的時(shí)間里見證中國(guó)的問天之路，他們的故事我們慢慢敘述……

作者 |?宋星光、金文馬、馬傳令