如何看待天问一号的轨道修正和深空机动?对我国的航天有什么意义和影响?
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此次深空机动标志着天问一号已经进入实际意义上的地火转移轨道。根据行星保护原则,为了保护火星不被地球微生物污染,探测器会进行的严格的消毒和灭菌作业;火箭在发射时也会把探测器送入一条不会与火星相交的双曲线轨道,确保没有消毒的火箭二级不会与火星相交而存在污染火星的可能。后续由探测器依靠自身动力,把自己送入于火星交汇的地火霍曼转移轨道。
“本次深空机动中,环绕器瞄准的制动捕获时火星的位置距离环绕器约3亿公里远,误差控制约200公里,相当于北京到上海约1200公里距离中瞄准一个直径约0.8米的目标,在八院火星环绕器团队的不懈努力下,此次深空机动控制的实际精度优于设计指标。后续,团队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再进行精确修正,保证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。”
从本次报道上来看,本次深空机动的精度超出预期。会大大节省探测器的燃料,增加探测器的燃料冗余。后续三次的中途轨道修正也有可能取消一部分。
附两张官方海报:
深空机动最主要的目的,简单点说就是调整轨道倾角,地球和火星尽管都在一个接近的黄道轨道上,但实际上还是有一点小倾角差的,需要在合适的位置点火调整日心轨道倾角,把探测器的轨道面调整成和火星轨道相匹配的轨道,才能够进入火星引力范围捕获。
不调整倾角的话,探测器会从火星的北方或南方飞过去,而进入不了火星的引力范围。
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为了简单说明和方便演示,用某游戏举例,内圈卫星星球代替地球,外圈卫星星球代替火星。
无论游戏的两颗卫星,还是现实里的地火,实际上都是有倾角的,一次发射时提供的速度矢量并不能保证正好进入其引力范围。下面两个图用来表现轨道倾角。
这是霍曼转移轨道,需要这两个星球的位置,合适的时候就是发射窗口进行发射,但是因为有倾角航天器,一般会从目标星球的北方南方(以黄道面为标准)飞掠,而不一定能进入航天器引力范围。
所以需要在中途进行一次机动,用来调整轨道的倾角,当然调整倾角的同时一般也伴随着一定的轨道修正。如果发射时的精度够高,某些中途的修正可以取消,但是调整倾角的机动不可取消。
经过调整倾角后,能够让航天器尽量的接近目标的引力范围,就像图中这个虚线部分是我做出的模拟轨道,实线是机动前轨道,经过这次深空机动,就可以让航天器从目标星球顶上远远飞掠,变轨成了近地点在目标星球较近的距离的双曲线轨道。双曲线轨道的倾角也适合后续进行减速和各种变轨操作。
以上图片来自游戏《坎巴拉太空计划》
顺便在这里修正评论区的我说的一点错误,深空机动调整倾角的选取点,并不一定需要在航天器轨道相对于目标星球公转的轨道的升降交点,具体时机可以有更专业的更细致的计算,关键是捕获需求。
修改新整加升降交点
升降交点,就是相当于轨道面与轨道面重合于一条线,在各自的轨道上就形成了4个点。如果两个轨道倾角不一样,要想通过常规的霍曼转移交会,需要在中间的升降交点点火附近匹配一下倾角。如果不匹配,那么交会距离会很远。
为了方便演示,我做了一个内侧的航天器经过椭圆轨道进行交会,霍曼转移轨道,是椭圆轨道的一半而已。