再过三个月，神秘火星将迎来首位“中国访客”！“天问一号”成功进入环火轨道→
23小时前中国青年网YaaRXnv
在全国人民欢度春节的日子里
中国航天人又做了一件
世界瞩目的大事
我国首个火星探测器
天问一号成功制动捕获
进入环火轨道
再过三个月
红色的火星将迎来首位“中国访客”
天问一号制动捕获演示动画（来源：中国航天科技集团八院）
2021年2月10日19时52分，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施火星捕获制动，发动机工作约15分钟后，探测器顺利进入近火点高度约400千米、周期约10个地球日、倾角约10o的大椭圆环火轨道，成为我国第一颗人造火星卫星，实现此次任务“绕、着、巡”目标的第一步，成功开启环绕火星模式。
天问一号制动捕获高清效果图（来源：中国航天科技集团八院）
后续天问一号还将经过多次轨道调整，进入火星停泊轨道，开展预选着陆区探测，计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆，开展巡视探测。
火星上是否存在生命？
火星上“哭泣的脸”
是否是外星文明留给人类的警示？
……
要想揭开面纱
首先要达到火星
那么
这次天问一号的火星之旅
有哪些看点
小观带你一起细数
看点一：
不是一次“说走就走”的旅行
去火星旅行，可不像我们外出旅游那么随意，可以说走就走。
那是因为，来场说走就走的火星之旅，难度实在有点大，目前人类的科技还做不到。要想去火星，动辄需要高达70公里/秒的逃逸速度，而目前人类的运载火箭所能提供的最大逃逸速度仅为15公里/秒左右。为了尽量节省能量，我们通常选择“霍曼转移”的方式来实现地火转移，霍曼转移所用的轨道是一近地点在较低高度、远地点在较高高度的椭圆轨道，而这需要等待地球与火星公转到特定的相对位置时发射火星探测器。
霍曼转移轨道
地球的公转周期约365.26天，火星的公转周期约687.99天，因此地火的交会周期为约778天，即约26个月。也就是说，地球与火星每隔26个月才会再次出现一次可通过霍曼转移实现轨道交会的机会，被称之为“发射窗口”，每次的窗口约持续20天。
一旦错过当年的窗口，那就只能等下一个两年后了。比如欧俄联合的ExoMars火星探测器就因为降落伞的问题一直不能解决，只能遗憾地错过2020年7月下旬的窗口，计划推迟到2022年9月。2020年计划中的火星探测任务除了我国以外，还有美国的毅力号火星车、阿联酋的希望号火星环绕器。
根据2020年的发射窗口，中国航天科技集团上海航天技术研究院研制团队完成了地火至火星的转移轨迹设计，为天问一号探测器量身定做一条通往火星的星际高速公路。正是这条高速公路的完美成型，让我国于2020年7月23日如期在海南文昌航天发射场用长征五号将天问一号送入太空。
看点二：
“猪排”地火转移轨迹设计
说到地-火转移轨迹设计，就不能不说到“Pork-Chop”了，即“猪排”。
当然，这肯定不是因为轨道设计师们的饮食口味，而是设计师们在进行行星际探测轨道设计时，会针对不同发射日期与到达日期，绘制所需要发射能量的等高线图，这张等高线图酷似两块猪排，“Pork-Chop”由此在业内叫开。
为了尽可能让火星探测器多带点仪器设备，对火星一次看个够，轨道设计师们需要找到一条最省能量的地火转移轨迹。为此，设计师们首先要将复杂的地火转移轨道设计简化为一个“地球+火星”的二体引力模型，通过求解二体模型中经典的兰伯特问题，得到窗口中每一对发射与到达日期所需要的能量，从而可以绘制出发射能量等高线“猪排”。
地火转移轨道
在“猪排”图上选定的日期作为初值，可以采用微分修正等数学方法，在一定精度的火星探测轨道动力学模型中经过迭代计算，便可以得到用于飞行任务使用的地-火转移轨道设计结果了。
看点三：
必须一次成功的“太空刹车”
2020年7月23日天问一号升空后，以近10万千米/小时（约30千米/秒）的速度沿着地-火高速公路向前飞行。然而，即便以如此高的速度，探测器也要经过约7个月的长途奔波才能到达火星，这时探测器需要完成关键的捕获制动控制。
回顾刚刚完成天问一号制动捕获，火星环绕器当时启动了其配备的发动机进行推力减速，将速度降低至能够被火星引力捕获，最终成为一颗环绕火星的卫星。如果速度太快，探测器当时就会飞越火星继续围绕太阳公转。
打个比方，地火转移轨道就像是一条以太阳为中心的椭圆形闭环高速，火星只是这条高速上的一个出口，一旦探测器不能及时刹车、从火星出口下高速，那就只能多绕一圈，到下次路过该出口了，而这需要数年的等待。
刹车制动
这样的遗憾，已经有不少案例。2010年12月日本的拂晓号金星探测器就由于发动机故障而未能及时完成金星捕获制动，直接飞越金星。直到2015年12月，它才再次回到金星附近，此时它已经接近寿命末期，还好此次捕获成功。
其实，面对这一关键的刹车段，天问一号的研制团队设计了相当靠谱的刹车方案，不仅可以准确判断是否降至目标速度，在发动机推力减速控制的过程中，还可以全自主地对发动机推力的大小和方向进行实时判断，并自主更新刹车参数及相应的控制算法，最终可靠、精准地完成了刹车。
看点四：
精准与可靠兼顾的高难度“跳水”
成功刹车制动后，在无形的火星引力之手牵引下，经过几个月的详细观察与调整后，天问一号将实施火星之旅的另一项关键动作——器器分离。
在约3个小时内，环绕器需要变轨到危险的撞击火星轨道，建立并保持着陆器进入火星大气所需要的姿态，而姿态的误差要小于0.01度。在预定分离时刻，环绕器与着陆器必须完成分离，经过安全距离飘飞过程后，环绕器需要迅速完成推力加速，以回到安全的环绕火星轨道。
环绕器犹如一名优秀的跳水运动员，需要完成一次空中高难度的翻腾和时间精准的入水。环绕器这一系列姿态机动“翻腾”和器器分离“入水”动作必须一气呵成。“入水”太早难以保证着陆器进入精度，“入水”太晚则会造成环绕器撞击火星的风险。
“精准”与“可靠”如何选择？航天设计师们的答案是“我都要”。设计师们仔细考量分离过程的潜在风险，设计了从姿态测量、速度计算、推力输出等各因素出现故障情况下的自主处置预案，使得环绕器在部分推力器或敏感器失效等情况下，既能保证环绕器与着陆器实现准确分离，又能保证分离后环绕器安全返回环火轨道。
这场精妙绝伦的高难度“跳水”，将在3个月后上演，一定不能错过。
为中国航天点赞
这是最棒的新年贺礼！
（来源：上观新闻）
23小时前中国青年网YaaRXnv
在全国人民欢度春节的日子里
中国航天人又做了一件
世界瞩目的大事
我国首个火星探测器
天问一号成功制动捕获
进入环火轨道
再过三个月
红色的火星将迎来首位“中国访客”
天问一号制动捕获演示动画（来源：中国航天科技集团八院）
2021年2月10日19时52分，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施火星捕获制动，发动机工作约15分钟后，探测器顺利进入近火点高度约400千米、周期约10个地球日、倾角约10o的大椭圆环火轨道，成为我国第一颗人造火星卫星，实现此次任务“绕、着、巡”目标的第一步，成功开启环绕火星模式。
天问一号制动捕获高清效果图（来源：中国航天科技集团八院）
后续天问一号还将经过多次轨道调整，进入火星停泊轨道，开展预选着陆区探测，计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆，开展巡视探测。
火星上是否存在生命？
火星上“哭泣的脸”
是否是外星文明留给人类的警示？
……
要想揭开面纱
首先要达到火星
那么
这次天问一号的火星之旅
有哪些看点
小观带你一起细数
看点一：
不是一次“说走就走”的旅行
去火星旅行，可不像我们外出旅游那么随意，可以说走就走。
那是因为，来场说走就走的火星之旅，难度实在有点大，目前人类的科技还做不到。要想去火星，动辄需要高达70公里/秒的逃逸速度，而目前人类的运载火箭所能提供的最大逃逸速度仅为15公里/秒左右。为了尽量节省能量，我们通常选择“霍曼转移”的方式来实现地火转移，霍曼转移所用的轨道是一近地点在较低高度、远地点在较高高度的椭圆轨道，而这需要等待地球与火星公转到特定的相对位置时发射火星探测器。
霍曼转移轨道
地球的公转周期约365.26天，火星的公转周期约687.99天，因此地火的交会周期为约778天，即约26个月。也就是说，地球与火星每隔26个月才会再次出现一次可通过霍曼转移实现轨道交会的机会，被称之为“发射窗口”，每次的窗口约持续20天。
一旦错过当年的窗口，那就只能等下一个两年后了。比如欧俄联合的ExoMars火星探测器就因为降落伞的问题一直不能解决，只能遗憾地错过2020年7月下旬的窗口，计划推迟到2022年9月。2020年计划中的火星探测任务除了我国以外，还有美国的毅力号火星车、阿联酋的希望号火星环绕器。
根据2020年的发射窗口，中国航天科技集团上海航天技术研究院研制团队完成了地火至火星的转移轨迹设计，为天问一号探测器量身定做一条通往火星的星际高速公路。正是这条高速公路的完美成型，让我国于2020年7月23日如期在海南文昌航天发射场用长征五号将天问一号送入太空。
看点二：
“猪排”地火转移轨迹设计
说到地-火转移轨迹设计，就不能不说到“Pork-Chop”了，即“猪排”。
当然，这肯定不是因为轨道设计师们的饮食口味，而是设计师们在进行行星际探测轨道设计时，会针对不同发射日期与到达日期，绘制所需要发射能量的等高线图，这张等高线图酷似两块猪排，“Pork-Chop”由此在业内叫开。
为了尽可能让火星探测器多带点仪器设备，对火星一次看个够，轨道设计师们需要找到一条最省能量的地火转移轨迹。为此，设计师们首先要将复杂的地火转移轨道设计简化为一个“地球+火星”的二体引力模型，通过求解二体模型中经典的兰伯特问题，得到窗口中每一对发射与到达日期所需要的能量，从而可以绘制出发射能量等高线“猪排”。
地火转移轨道
在“猪排”图上选定的日期作为初值，可以采用微分修正等数学方法，在一定精度的火星探测轨道动力学模型中经过迭代计算，便可以得到用于飞行任务使用的地-火转移轨道设计结果了。
看点三：
必须一次成功的“太空刹车”
2020年7月23日天问一号升空后，以近10万千米/小时（约30千米/秒）的速度沿着地-火高速公路向前飞行。然而，即便以如此高的速度，探测器也要经过约7个月的长途奔波才能到达火星，这时探测器需要完成关键的捕获制动控制。
回顾刚刚完成天问一号制动捕获，火星环绕器当时启动了其配备的发动机进行推力减速，将速度降低至能够被火星引力捕获，最终成为一颗环绕火星的卫星。如果速度太快，探测器当时就会飞越火星继续围绕太阳公转。
打个比方，地火转移轨道就像是一条以太阳为中心的椭圆形闭环高速，火星只是这条高速上的一个出口，一旦探测器不能及时刹车、从火星出口下高速，那就只能多绕一圈，到下次路过该出口了，而这需要数年的等待。
刹车制动
这样的遗憾，已经有不少案例。2010年12月日本的拂晓号金星探测器就由于发动机故障而未能及时完成金星捕获制动，直接飞越金星。直到2015年12月，它才再次回到金星附近，此时它已经接近寿命末期，还好此次捕获成功。
其实，面对这一关键的刹车段，天问一号的研制团队设计了相当靠谱的刹车方案，不仅可以准确判断是否降至目标速度，在发动机推力减速控制的过程中，还可以全自主地对发动机推力的大小和方向进行实时判断，并自主更新刹车参数及相应的控制算法，最终可靠、精准地完成了刹车。
看点四：
精准与可靠兼顾的高难度“跳水”
成功刹车制动后，在无形的火星引力之手牵引下，经过几个月的详细观察与调整后，天问一号将实施火星之旅的另一项关键动作——器器分离。
在约3个小时内，环绕器需要变轨到危险的撞击火星轨道，建立并保持着陆器进入火星大气所需要的姿态，而姿态的误差要小于0.01度。在预定分离时刻，环绕器与着陆器必须完成分离，经过安全距离飘飞过程后，环绕器需要迅速完成推力加速，以回到安全的环绕火星轨道。
环绕器犹如一名优秀的跳水运动员，需要完成一次空中高难度的翻腾和时间精准的入水。环绕器这一系列姿态机动“翻腾”和器器分离“入水”动作必须一气呵成。“入水”太早难以保证着陆器进入精度，“入水”太晚则会造成环绕器撞击火星的风险。
“精准”与“可靠”如何选择？航天设计师们的答案是“我都要”。设计师们仔细考量分离过程的潜在风险，设计了从姿态测量、速度计算、推力输出等各因素出现故障情况下的自主处置预案，使得环绕器在部分推力器或敏感器失效等情况下，既能保证环绕器与着陆器实现准确分离，又能保证分离后环绕器安全返回环火轨道。
这场精妙绝伦的高难度“跳水”，将在3个月后上演，一定不能错过。
为中国航天点赞
这是最棒的新年贺礼！
（来源：上观新闻）
《你好，李焕英》成就了三个人，贾玲成为影史票房最高女导演，沈腾成为影史票房最高男演员，张小斐实现电影演员的梦想。
贾玲真是不鸣则已一鸣惊人，第一部作品就这么优秀，很有导演的才华和天赋。
沈腾出演的电影票房都很高，能成为票房最高男演员，贾玲的电影助了一臂之力。
张小斐毕业后的梦想就是做一名电影演员，巧合碰到贾玲一起演小品，现在终于实现了梦想。
贾玲真的太优秀了！
贾玲真是不鸣则已一鸣惊人，第一部作品就这么优秀，很有导演的才华和天赋。
沈腾出演的电影票房都很高，能成为票房最高男演员，贾玲的电影助了一臂之力。
张小斐毕业后的梦想就是做一名电影演员，巧合碰到贾玲一起演小品，现在终于实现了梦想。
贾玲真的太优秀了！
《你好，李焕英》成就了三个人，贾玲成为影史票房最高女导演，沈腾成为影史票房最高男演员，张小斐实现电影演员的梦想。
贾玲真是不鸣则已一鸣惊人，第一部作品就这么优秀，很有导演的才华和天赋。
沈腾出演的电影票房都很高，能成为票房最高男演员，贾玲的电影助了一臂之力。
张小斐毕业后的梦想就是做一名电影演员，巧合碰到贾玲一起演小品，现在终于实现了梦想。
贾玲真的太优秀了！
贾玲真是不鸣则已一鸣惊人，第一部作品就这么优秀，很有导演的才华和天赋。
沈腾出演的电影票房都很高，能成为票房最高男演员，贾玲的电影助了一臂之力。
张小斐毕业后的梦想就是做一名电影演员，巧合碰到贾玲一起演小品，现在终于实现了梦想。
贾玲真的太优秀了！
✋热门推荐