10月9日，在我国首次火星探测任务飞行控制团队努力下，“天问一号”探测器顺利完成深空机动。至此，探测器的飞行轨道变为能够准确被火星捕获的、与火星精确相交的轨道。截至深空机动前，“天问一号”已飞行超过78天，距离地球超过2900万公里，目前探测器各系统状态良好。对我国首次火星探测任务而言，此次深空机动意义重大。
什么是深空机动？与轨道修正有何区别？
深空机动是指在地火转移段实施的一次变轨机动。中国航天科技集团八院火星环绕器团队专家告诉记者，通过深空机动可以改变探测器原有的飞行速度和方向，使其能够沿着变轨后的轨道顺利飞行至火星。
专家介绍，执行深空机动是运载火箭入轨弹道和地火转移轨道联合优化的结果，能够提升运载的发射能力、增加探测器的发射质量，使探测器可以携带更多的推进剂，更好地完成探测任务。
此前，“天问一号”已完成两次轨道中途修正。专家表示，与速度增量较小、发动机工作较短的常规中途修正不同，深空机动过程中，探测器由发射入轨的逃逸转移轨道变轨为精确到达火星的轨道，速度增量大、发动机工作时间长，对探测器控制和推进系统提出了极高要求。
如何实现深空机动？
执行深空机动任务需要飞行控制团队根据预定到达火星时间、轨道参数与即时测控定轨参数制定深空机动变轨策略，完成对应的探测器姿态和轨道控制，确保探测器在深空机动后处于与火星精确相交的轨道上。
“‘天问一号’在跑，地球在跑，火星也在跑。目前‘天问一号’已经距离地球超过2900万公里，我们互相之间的时延已经比较大了，所以很多动作都要靠我们事先设计和探测器自己完成，这些都具有难度和挑战。”我国首次火星探测任务“天问一号”探测器副总指挥张玉花说。
为了完成地面测控的精密定轨和探测器上精确自主的轨道控制，此次深空机动中，地面对探测器的定轨任务由我国深空测控站和天文台共同完成，准确保证了探测器变轨的精密定轨需求。为了能够精确自主控制轨道，火星环绕器装备了具备故障识别与自主处理能力的计算机，充分保证了轨道控制的精度和可靠性。
深空机动对火星探测好处多
据悉，通过使用深空机动进行轨道设计和轨道控制，不但成功增加了探测器的推进剂携带量，还实现了三方面目标。
首先，深空机动将一个大的捕获速度增量分解为两次相对较小的速度增量，有利于减小发动机单次工作时间，保证发动机工作的可靠性。同时，深空机动的实施有利于3000N发动机的标定，过程中可对3000N发动机进行推力和比冲标定，而精确的发动机标定参数可以更好地确保火星捕获的精度。
此外，通过深空机动，八院火星环绕器研制团队实现了对探测器到达时间的优化，能够得到更加有利的捕获点处的光照条件和通信条件，也使捕获时探测器经历的火影时间（探测器进入太阳光被火星遮挡的阴影区）和通信盲区时间更短。
3亿公里之遥精确瞄准 精度优于设计指标
此次深空机动中，环绕器距离瞄准的火星位置约3亿公里，误差控制约200公里，这相当于从北京到上海约1200公里的距离中瞄准一个直径约0.8米的目标，难度可想而知。
在飞行控制团队的不懈努力下，此次深空机动控制的实际精度优于设计指标。后续，工作人员将根据探测器实际飞行状态，迭代优化中途修正策略，利用中途修正持续对到达火星的轨道进行精确修正，确保探测器能够按计划准确进入火星捕获走廊，被火星引力捕获进入环火轨道，开展着陆火星的准备和后续科学探测等工作。
记者胡喆
