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太空刹车原理

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太空刹车原理

简单来,说就是通过发动机推力减速控制,来降低探测器的速度,使其能够被目标星体的引力所捕获,这一动作也被形象地称为“踩刹车”。对于如何“踩刹车”这一工程问题,上海航天技术研究院火星探测GNC(制导/导航和控制)团队不仅做到了精准“刹车”,更实现了全过程由探测器自主完成这一高难度动作,交出了一份高分答卷。

开车的人都知道,在高速公路下匝道需要让车速降下来才能安全过弯。类似的,对于以28公里/秒高速靠近火星的探测器来说,要想被火星引力捕获,也必须在“捕获窗口”对应的轨道弧段,精准、自主可靠完成“刹车”。理论上,给探测器一个反向推力,即可把它的速度降下来。但在工程实现过程中,仍会遇到不少问题。

据透露,火星探测器配置了1台3000牛的轨道控制发动机,进行引力捕获时的制动减速控制。但由于火星引力捕获窗口有限,需要探测器在15分钟内将速度降低至约1公里/秒。与常规卫星可以由地面实时操控不同,制动捕获过程中,探测器距离地球1.92亿公里,地球与探测器之间数据通信的单向时间延迟超过10.7分钟,探测器必须完全依靠自身完成发动机点火和关机,克服发动机点火期间的扰动,实现点火方向和点火时长的精确控制。

“在失去地面实时测控的环境下,我们唯有通过方案设计,充分考虑发动机推力存在偏差、探测器质心不断变化等情况,全自主执行精确轨道控制再通过多因素组合的测试和仿真分析,让控制方案更加健壮可靠。”天问一号环绕器副总设计师朱庆华说道。