“地月合影”惊艳亮相

火星环绕器还有哪些独特本领

《陕西工人报》(2020年07月31日 04版)
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    7月27日,天问一号火星探测器通过其上的光学导航敏感器,在距离地球家园120万公里处回望,拍下了地月合影的珍贵一幕。在这幅黑白合影图像中,地球与月球一大一小,均呈新月状,在茫茫宇宙中交相辉映。
  “天问一号”火星探测器系统由环绕器和着陆巡视器组成。随着地月合影的惊艳亮相,集诸多本领于一身的火星环绕器也率先进入公众视野。它有哪些独特之处?又将带着怎样的使命飞向火星?
  环绕器将经历三次“变身”
  此次火星探测任务,分为“绕、着、巡”三步走。笔者从负责火星环绕器总装、集成和试验任务的中国航天科技集团所属上海航天八院812所获悉,在这三个过程中,环绕器将经历三次“变身”。
  约7个月的飞行过程中,环绕器首先作为飞行器,将着陆巡视器送至火星着陆轨道;待成功释放着陆巡视器后,环绕器作为通信器,为着陆器建立与地球之间中继通信链路;通信工作结束后,环绕器作为科学探测器对火星进行遥感探测。
  飞行时间长,面临环境差,控制要求高,空间动作繁,这是属于环绕器的四大“特点”,不仅任务繁重,其难度也是空前。
  光学导航:它有一双明亮眼睛
  刚刚“出炉”的地月成像,由环绕器上的光学导航敏感器自主曝光拍摄完成。
  据了解,光学导航敏感器可以在飞近火星的过程中通过对火星成像,利用火星图像计算火星的形心位置和视半径大小,结合估计算法获取探测器相对于火星的实时位置和速度信息。
  “光学导航敏感器就好比探测器的‘眼睛’。”八院控制所光学导航专家打了个比方,“有了这双明亮的‘眼睛’,探测器也就有了自主能力,可以自己看着飞向目的地了。”
  据介绍,这是支撑我国未来进一步走向宇宙更远空间的重要技术之一。与传统的无线电导航不同,光学自主导航可以通过图像目标识别和特征提取,完成位置、速度等导航信息的获取。
  天线展开:精雕细刻的“敏感神经”
  发射当日,“长征五号”火箭升空后的第37分钟,便迎来了星箭分离的重要时刻。此时,火星环绕器的太阳翼和各类天线便逐步启动展开模式。
  “火星环绕器共有7个种类12个活动部件。”火星环绕器主任工艺师张则梅介绍,这12套机构的各式花样展开,完全由八院812所首次独立承担。火星环绕器活动机构和天线展开不仅多,而且都很长。最长的高增益定向天线长达2.5米,安装时需要折叠六次,这也成为环绕器总装过程中最难啃的一块骨头。
  型号调度王克寒说,环绕器的天线长,为保护其在展开后不受损坏,在天线安装过程中,操作人员从不停歇,一站就是一整天,甚至通宵达旦。在他们的细心呵护下,火星环绕器也从一个个零部件逐步成长为“国之重器”。
  层层“外衣”:冰火两重天的考验
  据了解,“天问一号”从地球飞往火星需要7个月的时间,加上停泊火星轨道的3个月,在火星车开始工作之前,火星环绕器需要独自工作10个月。
  在如此长的时间里,它将经历一系列太空中极端环境的考验。为了确保火星环绕器在低温下正常工作,对它的“着装”要求非常严格。
  负责卫星热控实施的工艺师蒋谌立告诉笔者,低温下穿的“衣服”被称为热控隔热组件,业内称低温多层,均采用自动缝纫机床及裁割机完成。火星环绕器由于其舱体结构大,它的“衣服”面积达到了30平方米,是一般卫星的2倍。
  “天问一号”不仅要面对低温考验,还要经得住高温。火星环绕器使用的是目前国内最大的SAST9000平台,安装了3000N的大推力发动机,发动机工作时温度可达上千摄氏度。这对发动机附近的温度防护提出了很高的要求。
  仿真模拟:千百次的锤炼
  每一个航天器在诞生前,可以说都是经历过“千锤百炼”的,也就是说,在正式“飞天”之前,必须要经过无数次地面仿真模拟试验,提前反复验证,尽力确保万无一失。
  据812所试验中心副主任张利介绍,火星环绕器很重也很“胖”,测点、通道、工况多,试验时间跨度长,与振动台连接状态需按要求不断调整,仅初样期间的一次振动测试,其加速度和应变测量通道就高达372个。尤其在试验过程中工况切换时,产品外观、紧固件、试验设备、试验数据、试验结果都要进行检查确认。
  在一代代中国航天人的努力下,5500万公里外的火星终于不再遥不可及。而“天问一号”所走的路,也将注定是一段不同寻常的旅程,见证着中国航天一步一个脚印,想着梦想迈进。   □赵竹青