杜洋 谷宇 科技日報記者 付毅飛 崔爽

今年9月，“天問一號即將失聯(lián)一個月”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。

天問一號的好消息讓大家開心的同時也讓很多人好奇：一個多月中，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，實際上也會接收到來自太陽的信號。而在強大的太陽面前，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，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)天體運動規(guī)律，火星、地球每隔26個月將會分列于太陽兩側(cè)，三個天體近似連成一線。

2021年9月中旬至10月下旬便是這樣一個時期，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。

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)險采取規(guī)避措施，同時根據(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自然現(xiàn)象，而日凌同時也為行星探測技術(shù)積累一定的經(jīng)驗。安全度過第一個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假。”褚英志說。

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、高分辨率相機、次表層探測雷達(dá)、礦物光譜分析儀、磁強計、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)動機開機工作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)動機同時開機工作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)動機點火工作480余秒，順利完成深空機動，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)動機同時開機工作，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)動機點火工作，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)繞器實施捕獲軌道遠(yuǎn)火點平面機動，將近火點軌道高度調(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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