天問一號到火星了 為何要高難度剎車？
發布時間： 2021/02/11 06:41
最後更新： 2021/02/11 06:41
▲ 天問一號到火星了 為何要高難度剎車？
中國火星任務天問一號經過超過202日飛行，終於到達火星。天問一號2月10日（周三）年廿九，成功實施「近火制動」剎車，進入火星軌道。近火制動操作只有一次機會，時機和力度都必須非常精準，分秒不差，這樣天問一號方能進入火星軌道。即使中國嫦娥探月任務已實施過多次近月制動，但今次近火制動還是要難得多。
天問一號周三晚發動機點火15分鐘，成功按計劃被火星引力捕獲，進入火星橢圓軌道，探測器上各種儀器狀態良好，準備開展工作。天問一號上周末已傳回首幅火星影像，照片在距離火星約220萬公里處拍攝。照片中火星阿茜達利亞平原、克律塞平原、子午高原、斯基亞帕雷利坑，以及火星最長峽谷水手谷等地標清晰可見。
天問一號去年7月23日發射升空，至今飛行超過4.75億公里，距離地球1.92億公里，但飛往火星只算容易的部分。天問一號要對火星環繞、降落和巡視，這「繞、落、巡」三步環環相扣，第一步「繞」就必須首先剎車。
如果地球與火星之間是一條高速公路，那麼天問一號接近目的地火星時，就需要拐彎駛離高速公路，那就必須首先減低速度方能順利入彎。天問一號前往火星途中的速度，要比環繞火星飛行的速度快得多，接近火星時還會因為火星引力愈來愈快，探測器如果不減速就會無法進入火星軌道，一直飛向深空回不了頭。
「近火制動」顧名思義就是接近火星時的減速（制動）工作。天問一號近火制動時，會先調整飛行姿態，將發動機噴管朝向前方，等時機恰當時點火開機，以此降低探測器的速度。
減速太少會飛走 減速太多會墜毀
航天器剎車減速並不像車輛般簡單。航天器上的燃料非常有限，無法隨時隨意變換速度，除了剎車力度不夠會飛離火星，剎車力度過猛的話還會無力環繞火星飛行而撞向火星。
中國航天科工集團二院研究員楊宇光指出，近火制動有一定風險，操作只有一次機會，時機、時長、力度等都必須十分精準。探測器也不是在某一個點把速度降到多少，而是在一個飛行弧段內持續減速，制動點火的時間需要精密計算和精準控制。如果制動時間過長導致制動力度過大，探測器也會面臨墜毀的風險。
地球上無法控制 天問必須靠自己
中國嫦娥一號到五號探月任務，探測器均順利完成近月制動，有豐富經驗。不過，天問一號的近火制動要難得多。
最顯著的區別源自距離。地球與月球之間的平均距離大約38.44萬公里，通信延時不過約1秒。天問一號實施近火制動時，地球與火星的距離超過1.8億公里，單向通信延時達到10分鐘以上。因此地球上無法實時監視和控制，整個過程必須由探測器自主完成，這對探測器要求很高。
發動機老鼠拉龜 火星任務須折衷
而且，天問一號重逾5噸，遠遠重過嫦娥探測器，甚至在世界各國行星探測器中也居首位，制動需要運用更大能量。但天問一號配備的發動機動力僅為3000牛，而3.78噸重的嫦娥四號卻配了7500牛發動機。
楊宇光表示，嫦娥四號的發動機要兼顧近月制動和月面著陸使用，因而需要較大推力。對於天問一號來說，3000牛發動機確實偏小，但這是權衡各方利弊之後的選擇，因為發動機推力越大，體積和質量就越大，令整項火星遠距離任務更艱難。故天問一號發動機適合盡量小，情願把更多重量和空間留給載荷。
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責任編輯：連兆鋒
