杜洋 谷宇 科技日報(bào)記者 付毅飛 崔爽

今年9月，“天問一號即將失聯(lián)一個(gè)月”的消息刷遍了朋友圈；日前，天問一號火星探測任務(wù)團(tuán)隊(duì)通過地面發(fā)令形式，正式將器上狀態(tài)設(shè)置為“出日凌”，標(biāo)志著火星環(huán)繞器順利完成了一月有余的全自主飛行，圓滿通過了日凌考驗(yàn)。

天問一號的好消息讓大家開心的同時(shí)也讓很多人好奇：一個(gè)多月中，天問一號到底經(jīng)歷了什么？究竟是依靠什么，讓它可以在遙遠(yuǎn)的火星順利完成自主飛行？

別急，航天科技集團(tuán)八院天問一號火星環(huán)繞器團(tuán)隊(duì)一一解答。

火星探測中的“日凌”

中國航天科技集團(tuán)八院天問一號火星環(huán)繞器副總指揮褚英志介紹，傳統(tǒng)意義上的日凌，是針對通信衛(wèi)星提出的。

通信衛(wèi)星一般位于赤道上空，距離地球36000km軌道高度的地球同步軌道上。而每年的春分和秋分時(shí)節(jié)，太陽也剛好直射地球赤道。因此從地球上看，太陽恰好與通信衛(wèi)星重合。太陽每時(shí)每刻都在發(fā)射大量的雜亂無章的無線電信號，而我們用于接收衛(wèi)星信號的天線，實(shí)際上也會接收到來自太陽的信號。而在強(qiáng)大的太陽面前，衛(wèi)星信號猶如燭火一般不值一提。雖然現(xiàn)在的天線指向精度很高，但來自太陽的無線電信號將不可避免地會干擾正常的通信衛(wèi)星的信號，這會導(dǎo)致地面接收出現(xiàn)異常，例如我們家庭里的電視會信號不穩(wěn)定，出現(xiàn)“雪花”屏或藍(lán)屏。

而在探測火星時(shí)，探測器是繞火星飛行的，從宏觀上看，探測器的空間位置與火星重合。那么，當(dāng)火星被太陽擋住，或者說被太陽光完全淹沒的時(shí)候，探測器自然也將被太陽遮擋。在天文學(xué)上，火星和地球運(yùn)行至太陽的兩側(cè)呈近似180°的現(xiàn)象被稱為火星合日。

根據(jù)天體運(yùn)動規(guī)律，火星、地球每隔26個(gè)月將會分列于太陽兩側(cè)，三個(gè)天體近似連成一線。

2021年9月中旬至10月下旬便是這樣一個(gè)時(shí)期，在火星工作的包含美國、歐洲、印度的全部火星探測器在此期間都將與地面失去聯(lián)系，中國的天問一號火星環(huán)繞器和祝融號火星車也不例外。

早有準(zhǔn)備 天問一號的“日凌模式”

為了保證在軌飛行安全，火星環(huán)繞器團(tuán)隊(duì)于2021年9月中旬對火星環(huán)繞器的工作模式進(jìn)行了調(diào)整。在完成全面狀態(tài)檢查后，通過地面指令將環(huán)繞器設(shè)置為自主安全穩(wěn)態(tài)管理模式，即“日凌模式”，以應(yīng)對器地失聯(lián)情況。

在進(jìn)出日凌期間，地面每天接收火星環(huán)繞器狀態(tài)遙測，一方面判定環(huán)繞器在軌狀態(tài)，一方面判定太陽對器地通信的干擾。

隨著火星、地球與太陽相對位置的移動，火星環(huán)繞器對地?zé)o線通信經(jīng)歷了受到干擾、出現(xiàn)中斷、逐漸恢復(fù)的過程。

2021年10月中旬，器地通信恢復(fù)，任務(wù)團(tuán)隊(duì)開始了火星環(huán)繞器狀態(tài)評估工作。經(jīng)過仔細(xì)分析與確認(rèn)，火星環(huán)繞器狀態(tài)良好。

日前，任務(wù)團(tuán)隊(duì)通過地面發(fā)令形式，正式將器上狀態(tài)設(shè)置為“出日凌”。這標(biāo)志著火星環(huán)繞器順利完成了一月有余的全自主飛行，圓滿通過了日凌考驗(yàn)。

天問一號是如何度過“失聯(lián)”階段的？

褚英志介紹，在日凌期間，地面對天問一號的狀態(tài)一無所知，這對天問一號的自主控制能力提出了較高的要求。

由于地面控制人員對探測器的在軌狀態(tài)是有數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累的，因此在“失聯(lián)”期間，探測器經(jīng)歷的外部環(huán)境條件是可預(yù)估的。其次，探測器可針對可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)采取規(guī)避措施，同時(shí)根據(jù)預(yù)估的環(huán)境條件，在進(jìn)入日凌前對探測器的相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)設(shè)置，將整個(gè)探測器狀態(tài)調(diào)整至相對簡單、可靠的“安全模式”。最后，探測器擁有自主管理能力，在日凌期間對器上系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況將按事先制定好的預(yù)案進(jìn)行自主處置，保證探測器在出日凌后正常與地面建立通信鏈路。

“總而言之，火星探測日凌是一個(gè)自然現(xiàn)象，而日凌同時(shí)也為行星探測技術(shù)積累一定的經(jīng)驗(yàn)。安全度過第一個(gè)日凌的天問一號探測器和祝融號不僅讓我們更充滿信心，也正好也讓辛苦了100多天的祝融號好好放個(gè)假?！瘪矣⒅菊f。

據(jù)悉，后續(xù)火星環(huán)繞器將會恢復(fù)探測工作，完成軌道調(diào)整進(jìn)入科學(xué)探測任務(wù)軌道。

進(jìn)入科學(xué)任務(wù)軌道后，火星環(huán)繞器攜帶的中分辨相機(jī)、高分辨率相機(jī)、次表層探測雷達(dá)、礦物光譜分析儀、磁強(qiáng)計(jì)、離子與中性粒子分析儀、能量粒子分析儀共7臺載荷將會開機(jī)工作，開展火星全球性和綜合性的科學(xué)探測。

天問一號重大節(jié)點(diǎn)回顧：

2020年7月23日，天問一號在文昌航天發(fā)射場由長征五號遙四運(yùn)載火箭發(fā)射升空，成功進(jìn)入預(yù)定軌道，邁出中國行星探測的第一步。

2020年7月28日，天問一號在飛離地球120萬千米處回望地球，利用光學(xué)導(dǎo)航敏感器對地球、月球成像，獲取了地月合影。在這幅黑白合影圖像中，地球與月球一大一小，均呈新月狀，在茫茫宇宙中相互守望。

2020年8月2日，天問一號3000N發(fā)動機(jī)開機(jī)工作20秒，順利完成第一次軌道修正，繼續(xù)飛向火星。

2020年9月20日，天問一號4臺120N發(fā)動機(jī)同時(shí)開機(jī)工作20秒，順利完成第二次軌道修正，探測器各系統(tǒng)狀態(tài)良好。

2020年10月1日，國家航天局發(fā)布中國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器“深空自拍”飛行圖像。

2020年10月9日，天問一號主發(fā)動機(jī)點(diǎn)火工作480余秒，順利完成深空機(jī)動，探測器各系統(tǒng)狀態(tài)良好。

2020年10月28日，天問一號8臺25N發(fā)動機(jī)同時(shí)開機(jī)工作，順利完成第三次軌道修正，地面測控通信各中心和臺站跟蹤正常。

2021年2月5日，天問一號發(fā)動機(jī)點(diǎn)火工作，完成地火轉(zhuǎn)移段第四次軌道中途修正，國家航天局同步公布了探測器傳回的首幅火星圖像。

2021年2月10日，天問一號進(jìn)行近火制動，成功被火星捕獲，進(jìn)入環(huán)火軌道。

2021年2月15日，天問一號環(huán)繞器實(shí)施捕獲軌道遠(yuǎn)火點(diǎn)平面機(jī)動，將近火點(diǎn)軌道高度調(diào)整至約265千米。

2021年2月24日，天問一號環(huán)繞器實(shí)施第三次近火制動，進(jìn)入停泊軌道。

2021年5月15日，天問一號著陸巡視器成功著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，中國首次火星探測任務(wù)著陸火星取得圓滿成功。

2021年5月17日，天問一號環(huán)繞器實(shí)施第四次近火制動，進(jìn)入中繼通信軌道。

2021年6月11日，天問一號首批科學(xué)影像圖發(fā)布，標(biāo)志我國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功。

2021年9月下旬至10月中旬，天問一號處于日凌階段。

（文中圖片均由中國航天科技集團(tuán)八院提供）

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