今天是“天問一號”遨遊太空、追夢火星 13個月整,是“祝融號”火星車平安在火星度過 100天的日子,也是行駛里程突破 1000米的關鍵一天!

如今,已經圓滿完成了既定使命的火星車,仍然堅強地生存在那顆遙遠的紅色星球上,一步步刷新着自己的新紀錄,創造着無限可能。

火星探測的每一步都有 北京航天飛行控制中心的火星團隊緊密相伴,讓我們通過他們的聲音,再一次認識我國首次火星探測任務,走近這個生活在“異星他球”的中國火星車。

“落!落!落!”

從去年夏天到今年春天,飛控團隊陪伴“天問一號”走過了一年四季,漫長的旅途沒有模糊大家的目標,一切陪伴都是爲了順利抵達、平穩着陸,而在這一天到來之前,飛控團隊經歷了2個多月的鏖戰。

守護了10個月的國之重器降落之前,務必要先了解目的地的環境,纔敢放心將自己的寶貝送過去。

怎樣才能更穩妥呢?當然是要看了又看、反覆確認,在停泊軌道上他們完成了4次軌道維持,對着目的地先來了2次試成像,又來了18次正式成像拍照。這還不夠安心,再加個3次備份成像纔算踏實。這種精益求精、小心翼翼的態度像極了報志願前反覆考察學校的家長,不眠不休的工作時間裏都是替未來精心策劃的體現。

高分成像探測爲火星着陸提供了地形數據支撐,一個立體全面的模型得以建立。

確認過客觀環境,他們還對探測器本體的各個分系統進行了設備自檢,給火星車充電,通過星敏感器和慣性測量單元進行靜態標定,讓主角上場前保持一個良好的狀態。

5月14日,飛控團隊早早進入控制大廳,有條不紊地實施進入、下降、着陸前最後的參數注入。

爲確保兩器分離順利實施,在分離前環繞器需要降軌進入分離軌道,在確認一切正常後,才能發令允許兩器分離。

兩個操作中間只有3小時,去掉遙測發令需要消耗的時間,留給判讀的時間只有2個小時,大家要在短時間內對器上狀態和控制效果做評估和決策,如果不具備分離條件,就要另做打算。

這是一場綜合技術經驗與魄力的考驗。

好在經過狀態評估,一切正常,可以按計劃實施降軌。

控制開始,17分鐘的光行時每一秒對每一名團隊人員來說都是煎熬,在他們的等待中,表示降軌完成的遙測終於到來,大家迅速點播了降軌期間的延時遙測數據,數據顯示過程一切順利,探測器工況正常,兩器分離可以按計劃實施。

分離的指令發出,分離程序按計劃實施,期間探測器沒有數據傳回地面,大家無從得知火星車的狀態,留給駕駛員們的是徹夜焦急等待。

按照計劃,徹夜等待後,5月15日早上7時,着陸巡視器將進入火星大氣,就要面對令世界火星探測任務都生畏的 “恐怖9分鐘”,在經過減速、懸停避障和緩衝,才能順利抵達火星。

15日當天,已經熬了一夜的各崗位人員一掃睏意,看着傳回的數據一點點印證內心渴望已久的結果,明知不是實時結果,但現場指揮崗位的大家還是對着三維模擬的動畫,不自覺地喊出了那個激動人心的聲音—— “落!落!落!”

着陸成功了!

“首次留下中國人的印跡”

着陸當天,習近平總書記致電祝賀:“你們勇於挑戰、追求卓越,使我國在行星探測領域進入世界先進行列,祖國和人民將永遠銘記你們的卓越功勳!希望你們再接再厲,精心組織實施好火星巡視科學探測,堅持科技自立自強,精心推進行星探測等航天重大工程,加快建設航天強國,爲探索宇宙奧祕、促進人類和平與發展的崇高事業作出新的更大貢獻!”

總書記的殷切囑託,給接力後續探測任務的火星車駕駛員們鼓足了勁,從這一天開始,就真正輪到火星車駕駛員們大幹一場了。

怎樣把“祝融號”從着陸平臺上開到火星表面,是他們開啓火星漫遊的首個問題。“

“祝融號”與地面傳輸信息的方式分爲 直接通信和通過環繞器轉發兩種,其中,“祝融號”和環繞器的通信主要在火星夜晚的遠火弧段和中午的近火弧段進行,並且隨着地球和火星的時差積累,通信窗口會產生偏移。

這樣的信息傳輸方式,使得大家無法實時觀測執行效果,增加了飛控駕駛員對“祝融號”狀態判讀和行爲控制的難度,要求他們在任務前充分考慮所有可能。

大家經過反覆推敲和多次的研究討論後,對決策實施的流程和各項應急分支做了完備的分析。

在駛離前,飛控駕駛員們操控“祝融號”實施頂部環拍,環顧四周,再次確認了坡道展開方向,重構了火面三維環境,這是第一次對火面環境的重構,也就是在“祝融號”腦海裏構建一個火星世界,同時,大家還要對坡道角、坡道異面角和坡道展開的到位狀態再次進行計算和確認。

“祝融號”走到火星上需要像“走鋼絲”一樣通過轉移機構,大家可以理解爲梯子,而梯子展開的坡道角度是否合適至關重要。其次,駕駛員們在這裏還需要爲火星車定下後續要走的路子,它即將要走的路長什麼樣,會不會“硌腳”,有沒有“攔路虎”,是否影響後續規劃等等。

衆多問題在他們的反覆檢查中確認,出發前,飛控駕駛員還對火星車進行了自檢,評估了“祝融號”和環繞器的工況、車況和路況皆正常, 火星馳騁勢不可擋。

駕駛員們規劃好近火UHF通信的工作,5月21日6時15分,駕駛員們向環繞器上注火星日工作,併成功轉發至火星車,在第8個火星日執行前向駛離。

儘管一切正常,但爲了應對火星車故障,相應的故障處置工作也必須規劃到位,一旦火星車工況異常,應急處置就能及時到位,這些都是同步進行了。

5月22日,火星車遙測和駛離過程避障相機圖像開始下傳。

北京中心的遙操作廳裏十分安靜,駕駛員們注視着屏幕,隨着時間流逝,圖像數據下傳完畢,大家長舒一口氣, 穩了!

前、後避障相機採集的20對圖像清晰地呈現在大家面前,火星車駛離的過程被記錄在這組圖像上。最後一張後避障相機圖像顯示,“祝融號”已成功駛離着陸平臺,穩穩地踏上火星表面, 中國印跡第一次被鐫刻在這顆紅色星球上!

“一切正常!”

“天問一號“奔火的300多天裏,新聞媒體和大衆看到的“一切正常”背後,是北京航天飛行控制中心的飛控團隊晝夜不停地跟蹤和監視、發現和處置了一個又一個問題, 讓一個個“非常”變成“超常”。

第一次中途修正前,團隊敏銳地發現“天問一號”的一個單機設備溫度偏高,而它又對火星車落火至關重要。

如何“精準用藥”,將溫度控制在一個更合理的數值,大家做出了一個細緻的規劃。

飛控團隊依據太陽光照對整器的溫度的影響,控制“天問一號”進行姿態調整,以對太陽偏置一個小角度的方式飛行,避免陽光直射,一劑藥方下去,“天問一號”的單機溫度逐步降了下來,得以平穩地向火飛行。

爲了提高進入下降着陸過程的可靠性,飛控團隊組織制定了隆降控制提前1小時的實施方案,由進入火星大氣前6小時提前至5小時,增加了飛控決策判據及時問裕度。

他們制定了將環繞器升軌控制目標由近火點265公里調整爲440公里實施方案,讓地面與“天問一號”之間的通信覆蓋時間更長了,地面對落火情況的判斷也因此而變得更可靠了。

還調整了彈傘觸發參數,優化了彈傘開傘工作條件,根據着陸區成像結果制定了落火調整實施方案,不斷完善應急預案,等等, 團隊所做大量工作都是爲了讓火星車着陸、駛離更安全可靠。

在操控火星車成功駛離後,任務轉入巡視探測階段。

根據方案與飛行程序確定的實施流程,團隊按照“感知-探測-移動”三個火星日爲一個週期的模式開展火面工作。但工程總體提出 “高效移動、高效探測”的要求,決策火星車按照“移動-感知”一個火星日爲週期實施探測。

有限的遙操作團隊人員剛剛經歷釋放分離階段的高強度工作節奏後,鞍馬未歇,再次轉入更高強度的工作, 原來三天流程下的22小時壓縮至8小時,需要遙操作總體、規劃、圖像、定位、遙控、遙測等崗位高效協同、密切配合,與參試各系統再次投入到一場硬仗中。

爲了跑得更快、走得更遠,火星車再次迎來移動模式轉變。

火星車由“地面規劃盲走移動”調整爲“地面規劃盲走加器上自主避障移動”,即由一步一動轉變爲一步兩動,火星車單日移動距離拓展至約20米,遙操作團隊工作強度進一步增大。

地火時差爲每日因定的40分鐘飄逸式動態時差,地面要操作團隊需與火星車同步。按照火星時作息,看似不起眼的40分鐘,疊加起來對地面工作人員來說, 相當於每15個火星日就要日夜顛倒。

高效長距離移動加上動態的地火時差,對人員有限的火星車遙操作團隊來說挑戰不可小覷,但在探索紅色星球的奧祕面前,他們沒有退縮,只爲了守護好中國火星車, 用中國視角觀測更多宇宙美景,發現更多科學成果。

工程目標已達成,但探索火星的腳步不會停歇,追求卓越的生存目標不會放鬆!

未來還會有幾個100天,我們不爲“祝融號”設限,飛控團隊期待着,努力着,也邀請你一起見證着!

來源 | 我們的太空

作者 | 宋星光

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