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微信公眾號“中國探月工程”9月21日消息，2020年9月20日23時，在我國首次火星探測任務(wù)飛行控制團隊操作下，天問一號探測器4臺120N發(fā)動機同時點火工作20秒，順利完成第二次軌道中途修正，并在軌驗證了120N發(fā)動機實際性能。

截至目前，天問一號已在軌飛行60天，距離地球約1900萬千米，飛行里程約1.6億千米，探測器各系統(tǒng)狀態(tài)良好，地面測控通信各中心和臺站跟蹤正常。

中途修正是指在探測器飛行過程中，對各種原因?qū)е碌能壍榔x進行修正，使探測器更貼近理論軌道飛行。天問一號發(fā)射入軌和第一次中途修正的精度很高，本次修正量很小。

國家國防科技工業(yè)局“中國的航天”微信公眾號同日發(fā)文，介紹天問一號要軌道修正和深空機動的原因：

我們知道，火星雖是地球的鄰居，與地球之間的距離卻在5500萬到4億千米之間不斷變化，這遠遠超過了地月之間38萬千米的平均距離。在選擇火星探測窗口時，需要利用地球和火星每次靠近的機會，提前幾個月發(fā)射，這種機會每隔約26個月才會出現(xiàn)。

2000-2022年地球和火星距離變化，各探測任務(wù)在太空中飛行的時間區(qū)間

探測器的奔火之旅，軌道按照探測窗口不同，可能長達5-7億千米，耗時6-11個月不等。距離和時間帶來了一個巨大的挑戰(zhàn)：由于實際飛行情況極其復(fù)雜，理論軌道是不可能完全實現(xiàn)的，必須通過軌道修正和深空機動去盡量逼近。

火箭入軌精度

火星探測器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、飛行距離遠、重量較大，對火箭要求很高。例如“天問一號”要一次完成“繞、著、巡”三大工程目標，它需要中國現(xiàn)役運載能力最強的“長征五號”運載火箭發(fā)射。

長征五號發(fā)射“天問一號”的壯觀場景

火箭推力強勁，往往設(shè)計成多級，每級數(shù)臺發(fā)動機同時工作，最后一級甚至需要多次滑行和點火，最終才是星箭分離，整個過程隨時都可能會帶來微小偏差。因此，完美的入軌位置從來都只是理論值，人類目前任何一款火箭都無法達到。

這也意味著，所有的火星探測器，從出發(fā)時，就已經(jīng)有了些許軌道誤差。好在這個誤差尚處在起步階段，越早修正就能避免更多誤差積累。

火星探測器經(jīng)歷極其復(fù)雜的受力擾動

舉個最簡單、也是航天領(lǐng)域最經(jīng)典的三體問題：當三個物體在引力作用下自由移動時，它們的軌道就完全無法預(yù)測，沒有準確模型能夠描述，只能不斷給出限定和假設(shè)，嘗試通過各種數(shù)值法去逼近。這就是著名的“三體問題無解”。

而對于火星探測器而言，遠遠不止三體問題這么簡單。太陽系內(nèi)各種天體，例如恒星、行星、矮行星、衛(wèi)星、小行星、彗星、空間碎片、星際分子云甚至人類尚未發(fā)現(xiàn)的天體等，不計其數(shù)，它們都在向火星探測器施加萬有引力。甚至隔著屏幕的你我，從理論上講，我們也在努力把它“吸回地球”，只不過這個力太過渺小而已。

太陽系的萬物都在影響火星探測器軌道©?NASA+中文注釋

實際情況還要更加復(fù)雜，會有很多非引力項存在，它們又可以叫做非保守力。例如太陽輻射的光子會打在探測器表面產(chǎn)生光壓，探測器本身熱輻射，探測器星載儀器開機引起的輻射，相對論效應(yīng)……等等。這些力隨著探測器的工作狀態(tài)、在太陽系內(nèi)位置、太陽活動強度、空間天氣等諸多因素的變化而變化，且這些因素幾乎不可能準確預(yù)測。

因而，即便最聰明的航天軌道專家使用最厲害的電腦，考慮到所有可能的因素，依然只是“紙上談兵”，不可能接近真實，只可能盡最大可能接近。

軌道修正和深空機動本身也不精確

如果把“天問一號”飛往火星比做駕車行駛，或許更容易理解：

它有一條規(guī)劃好的線路，這叫預(yù)定軌道。

但基于前文分析，大家也了解它一定會跑偏一些，所以需要偶爾微調(diào)方向盤，讓它保持在車道中間——這是軌道修正，是小修。

而車道也不是完美的直線，當需要拐彎時，你需要更大程度打方向盤——這是深空機動，是大機動。

打方向的過程中，也是你不斷了解方向盤性能的過程，這對于深空探測器更是如此。在進入太空前，所有的測試都是在地面進行，但地面不可能代表真實的深空環(huán)境，更何況地球和探測器之間往往要面臨非常大的雙向時延，最遠時往返通訊需要數(shù)十分鐘。因而，軌道推進系統(tǒng)和姿態(tài)控制系統(tǒng)執(zhí)行命令的精度到底如何，當然也需要進入軌道后評估測試，幫助后續(xù)的修正和機動做得更好。

“天問一號”前往火星之旅，需要航天人全程保駕護航

所有因素綜合下來，任何一個火星探測器都不可能飛在一條理想的地火轉(zhuǎn)移軌道上，中間需要數(shù)次軌道修正和深空機動。對于“天問一號”而言，需要1次深空機動和4-5次軌道修正。

軌道修正次數(shù)可能發(fā)生變化：如果工作狀態(tài)極其理想，可以減少；考慮到具體情況，也可能增加。這也是所有火星探測器的普遍情況。

2020年8月2日7時整，剛出發(fā)不久的“天問一號”完成了首次軌道修正，3000牛推力的發(fā)動機工作20秒鐘。一方面，它可以修正火箭入軌誤差和初始軌道偏差，畢竟剛起步階段極其重要，一定要小心“失之毫厘，謬以千里”；另一方面，也讓航天人對推進系統(tǒng)的性能有了全方位了解，能讓后續(xù)的修正和機動操作更加準確。

9月20日23時整，天問一號探測器4臺120N發(fā)動機同時點火工作20秒，順利完成第二次軌道中途修正，并在軌驗證了120N發(fā)動機的實際性能。在中國航天人的努力下，天問一號發(fā)射入軌和第一次中途修正的精度很高，因此本次修正量很小。

“天問一號”飛行約7個月才能到火星，前途漫漫，充滿挑戰(zhàn)，背后支持它的是中國航天人的“最強大腦”。