天问一号“入火” 这一脚刹车踩得巧

2月10日，上海天文台VLBI深空探测指挥控制中心的测控员在工作中。中国科学院VLBI网是我国首次火星探测任务“天问一号”探测器测控系统的分系统之一。 新华社发

新华社电 2021年2月10日19时52分，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动，顺利进入环火轨道，成为我国第一颗人造火星卫星。“天问一号”成功实施制动捕获的环绕器，由中国航天科技集团八院抓总研制。在长达十年的研制之路上，八院火星环绕器团队历经千锤百炼。

论证再论证

2010年，我国深空探测重大专项论证在八名院士联名上书的推动下拉开帷幕。自那时起，八院火星团队全程参加我国深空探测的重大专项论证。2013年，根据中国航天科技集团对火星探测任务的分工，八院火星团队转入对火星环绕器的总体论证。

我国是深空探测领域的后来者，对深空探测所需的技术积累有限，为实现深空探测工程的目标，需要攻克一系列关键技术：机会唯一的制动捕获如何踩刹车？过程复杂的两器分离如何设计？遥测遥控中断30天的“日凌期”如何度过？数亿公里外的火星探测器如何开展自主管理？

一个个技术难题如一只只拦路虎，横亘在问天之路上。八院火星团队迎难而上，论证再论证。为了攻克环绕器自主管理难题，环绕器副总设计师朱新波组建了一个“敢啃硬骨头”的攻关小组，不断完善理论模型和技术框架。

为了更好地发挥协作优势，团队骨干周必磊、何振宁等青年设计师频繁往返京沪之间，不断完善项目建议书和任务书，边论证边调研。凭着“初生牛犊不怕虎”的干劲，火星团队在“深空探测自主管理与控制关键技术”“深空探测顶层任务规划与系统级技术”等课题研究先后取得重大突破，此后成果成功进行了应用，终于使环绕器拥有了聪明“大脑”。

高可靠自主火星捕获技术也是技术攻关的一个重要内容。环绕器在抵达火星后，需要把握住唯一的机会，对火星进行制动捕获。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。

为了解决难题，环绕器团队谢攀等年轻的总体设计师，与八院相关研究所同事们一起，不断进行脑力碰撞，提出了无数个方案。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”。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成功。

集体的智慧是无穷的。在大家共同努力下，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。

付出再付出

测控数传分系统是火星探测器最重要的分系统之一，不仅要进行整器的各项试验，同时还要进行各测控站、应用站的对接。对接工作时间跨度大、协同距离远，需要长期保持多地同时工作。

北到佳木斯的深山老林，西到喀什的茫茫戈壁，南到文昌的湿热海岛，东到上海的佘山脚下……在进行我国首台高灵敏度数字化深空应答机的测控应用对接任务时，李金岳、张旭光、何春黎、刘镒四位综合测试、测控数传、综合电子岗位的设计师，短短几个月时间里，辗转八地，披星戴月，奔赴数万公里。

火星环绕器的AIT（总装、集成和试验）任务首次采用京、沪两地联合研制模式。研制期间，火星环绕器辗转于上海、北京和海南，每一次装箱、每一次装车、每一次卸车、每一次开箱、每一次押运都严格按既定计划进行，在繁琐的往复中各环节有条不紊地紧密衔接，为整个研制任务的进程提供了最安全的保障。

2020年初，一场突如其来的新冠肺炎疫情，打乱了火星环绕器正样产品的出厂步伐。为了降低人员流动风险，团队决定分双线并行推进工作：一支队伍在京完成与北京飞行控制中心的无线1：1联试，另一支队伍负责在上海完成整器出厂评审准备工作。

2020年4月初，试验队整装待发，前往文昌航天发射场。面对将近4个月的超长进场期，在海南高温高湿的气候下，试验队夜以继日为环绕器做发射前的最后冲刺。当关键流程处于非当班期间，综合测试主任设计师王森、总体副主设计师徐亮始终坚守在测试现场，确保了环绕器一切正常。

坚持再坚持

2020年7月23日，“天问一号”成功发射后，火星环绕器的飞控工作和其他近地卫星不同，需要同时在北京、上海两地进行飞控。在环绕器副总指挥褚英志、计划助理印兴峰的组织下，八院火星团队轮换执行北京/上海的飞控值班任务。在“天问一号”奔赴火星的星际旅途中，团队成员每天“两班倒”一路遥遥“相伴”。

截至目前，火星探测研制团队已经持续开展了202天的在轨飞行控制任务，完成了四次中途修正和一次深空机动，开展了各种自检和功能验证工作，对探测器的测控通信能力、能源保障能力、姿轨控能力、自主管理能力等进行了测试，确保制动捕获过程涉及的功能、性能得到充分检验。

在火星制动捕获的关键节点前夕，总体主任设计师牛俊坡、总体副主设计师杜洋带领全体团队成员，奔赴北京飞控，细致地开展飞控文件的最终确认，与北京飞行控制中心开展一遍又一遍的协同演练。正是这种严谨认真、一丝不苟的精神，环绕器顺利开展制动捕获，成功实现我国首次火星自主探测任务的环绕目标。

十年的问天之路，八院火星环绕器队伍奉献的是青春和智慧，扛住的是责任与压力。第一时间得知“天问一号”成功进入环火轨道，环绕器总体主任设计师牛俊坡自豪地说：“好奇是隐藏人类心中的神秘种子，热情是蕴含人们体内的无穷力量，深空是等待人们探索的未知领域，梦想是激励我们前进的灼灼明灯。我们所做的每一件事、踩下的每一个脚印，都在创造新的历史！”

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人类为何对“探火”情有独钟？

中国航天科技集团八院509所总体室主任陆希介绍说，与水星、金星比起来，火星最接近太阳系“宜居带”，是除地球之外，被认为最有可能孕育和存在生命的另一颗行星。自古以来，火星就是一颗承载了人类最多梦想的星球。

如果将太阳系看成一个“大操场”，八大行星在各自的跑道上，逆时针围绕着太阳奔跑。距离太阳最近的水星位于第一跑道，由于距离太近，水星难以承受“母亲”炙热之爱。太阳风吹走了水星上所有空气，白天温度可能高达430摄氏度，夜晚低至零下170摄氏度。由于缺乏大气层保护，水星周身遍布陨石坑，是一个难以孕育生命的蛮荒之地。

人类对水星的探测也极其艰难。由于水星质量很小，引力只有地球的38%左右，导致人类的探测器很难被水星的引力捕获。即便被捕获，在强大的太阳引力作用下，也极易偏离轨道。人类已有的探测表明，“探水”对于人类了解过去很有帮助，但是对于人类渴望的星际移民未来，则毫无希望。

位于太阳系第二跑道的金星，从表面看各方面环境与地球类似，很有可能有孕育生命的条件。因此，在掌握了航天技术后，人类也曾把金星作为探测的目标。1962年，美国“水手二号”曾成功飞掠金星；1974年，“水手十号”飞掠金星并确认了“水手二号”的探测成果：金星表面存在极其浓密的大气，表面温度极高。20世纪中期，苏联启动“金星计划”，共计发射了29个探测器，其中10个成功着陆，最短工作23分钟，最长仅127分钟，金星的生存环境也太恶劣了。

探测表明，金星大气96%为二氧化碳，造成了严重的温室效应，导致金星表面温度在460摄氏度以上；金星表面大气压是地球的92倍；金星空气中滞留了大量火山喷发带来的硫化物，稠密的大气几乎阻挡了所有的阳光，内部一片昏暗；金星磁场也很弱，难以保护生命。总体来看，金星也难以承载人类的期待。

地球的近邻火星成为人类最佳选择。自1960年苏联发射了首颗火星探测器至今，人类已经向火星发射了近50颗探测器。如今，探测火星、探寻火星生命信息、探索火星宜居性，已成为国际深空探测的主流。

火星上众多科学之谜，吸引了各国科学家。“天问一号”是我国首次自主执行的火星探测任务，将一步实现火星环绕、着陆和巡视探测，获取丰富、立体、多样的火星探测科学数据，这在世界航天史上尚无先例。