探索太空，有时得向行星借力(3)

设计实施不易 时间成本高昂
“引力弹弓已经有多次成功应用，整体来看技术比较成熟，但实施起来也并非轻而易举。”龚胜平表示，其中最关键的就是深空自主导航、控制技术。此外，深空测控、定轨对航天测控基础设施的要求比较高，需要全球布设测控网络，甚至还要发射天基测控卫星。
杨洪伟解释道，引力弹弓实施时距离地球很远，比如地球到木星的距离是地球到太阳距离的4倍多，地面与航天器直接通讯延迟严重，需要航天器自主实施导航和控制。引力弹弓产生的速度变化量很大，航天器进入行星引力区域的位置、速度大小、速度方向等条件稍有偏差就可能会导致实际飞行轨道大幅度偏离预定轨道，这要求航天器必须“控得准”。另外，提供借力的行星的引力情况具有一定的未知性，也会带来不利影响。
杨洪伟告诉记者，1980年，“旅行者1号”在完成对土星的探测后，发现土卫六有浓密的大气层。于是JPL操控“旅行者1号”去飞越土卫六进行观测，但土卫六将“旅行者1号”直接甩出了黄道面，使其无法再继续探测天王星和海王星。“旅行者1号”的行星探测计划提前终止。这一事件表明，实施引力弹弓还是有一定风险的。
“如果行星有大气，‘借力’的风险会更高。”龚胜平认为，如果航天器进入行星大气层，大气阻力过大，轨道和姿态控制都会比较困难，稍有偏差就会直接撞向行星，使飞行任务完全失败。
“所以，实施引力弹弓往往会预设安全距离。”杨洪伟介绍，对于有大气的类地行星，如金星、火星等，飞越轨道高度控制在300公里以上。木星的磁场很强，飞越高度要求更是其半径的5倍以上。另外，引力弹弓在轨道设计上也有难题，特别是需要飞越多个行星的复杂任务。先飞越谁、后飞越谁、每个行星飞越几次，潜在的可行飞越序列有很多种，不同探测目标的最优序列也不同，这要求很强的轨道优化设计能力。
“引力弹弓能够帮助人类完成原来难以实现的深空探测任务，但也并非没有缺点，其最大的问题就是时间成本高昂。”龚胜平强调，这是由于行星都在运动之中，航天器要想与其相逢往往需要在轨道上“空转”等待。例如航天器直接飞往水星只要四五个月，但采用引力弹弓的“信使号”足足飞了6年半，“比皮·科伦坡”更是需要7年，多出来的时间都用在了“漫长的等待”上。（记者 胡定坤）