“天问一号”进入火星轨道(3)

在地火转移的高速路上，“天问一号”长期处于无动力飞行状态，难免会受到入轨偏差、控制偏差和其他摄动因素的影响，与预定轨道产生一定的偏离，需要通过中途修正的方式来进行飞行方向和速度的细节调整。
在高速奔火的路上，深空机动是“天问一号”需要掌握的漂移技巧。与中途修正相比，深空机动是控制量更大的轨控动作，使探测器通过一次大转弯、或者说大漂移，从地球的公转面进入到火星的公转面上，“从轨道设计的角度来说，深空机动主要是为了调整探测器绕日轨道的尺寸和倾角，从而使探测器飞行的轨道满足到达火星的需求。”轨道负责人周文艳研究员解释。
刹车
近火制动只有一次机会 错过等12年
在第四次中途修正后，“天问一号”保持着平稳的飞行轨迹抵达火星附近。从地火转移轨道进入到环火轨道，需要通过近火制动来实现火星捕获，完成日心轨道和火心轨道的顺利衔接。
“天问一号”需要准确识别通往火星的高速路标并刹车慢行，在通往环火轨道的“匝道”上谨慎行驶。“对于轨道设计来说，近火制动这脚刹车力道大小是极为考究的，踩得太轻，就会飞离火星，踩得太重，则会对后面的飞行时序产生巨大影响。”轨道主管设计师高珊用生动的比喻来描述近火制动。
在完成第四次中途修正后，“天问一号”火星探测器进入到了合适的窗口期。对于“天问一号”来说，近火制动只有一次机会，因为下一次合适的窗口期是在2033年。
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过弯。类似地，对于以28km/s高速靠近火星的探测器来说，要想被火星引力捕获，也必须在“捕获窗口”对应的轨道弧段，精准、自主可靠完成“刹车”。理论上，给探测器一个反向推力，即可把它的速度降下来。但在工程实现过程中，仍会遇到不少问题。
火星探测器配置了1台3000N的轨道控制发动机，进行引力捕获时的制动减速控制。火星引力捕获窗口有限，要求探测器在10分钟内将速度降低约1km/s。
与常规卫星可以由地面实时操控不同，制动捕获过程中，探测器距离地球1.92亿公里，地球与探测器之间数据通信的单向时间延迟超过10.7分钟，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。
“在失去地面实时测控的环境下，我们惟有通过方案设计，充分考虑发动机推力存在偏差、探测器质心不断变化等情况，全自主执行精确轨道控制；再通过多因素组合的测试和仿真分析，让控制方案更加可靠。”航天科技集团八院环绕器副总设计师朱庆华说道。