7月23日中午12点41分，随着长征五号遥四运载火箭在文昌航天发射场的成功发射，我国首次火星探测任务“天问一号”正式开启。从1961年至今，人类已实施火星探测活动达40多次，但成功和部分成功的比例不到一半，难度可想而知。而在这次天问一号任务中，探测器经过长途飞行达到火星附近时，如何能成功被火星的引力场捕获，进入环绕火星轨道，是整个任务中技术风险最高、最为关键的环节之一，而且机会只有一次。执行这一“太空刹车”任务的环绕器是由中国航天科技集团八院，也就是上海航天负责总体设计和研制的。

我国的火星探测器由环绕器、着陆巡视器组成。其中，环绕器部分是由上海航天抓总研制的，它在此次任务中将涉及地火转移、火星捕获、离轨着陆、中继通信和科学探测等五个主要环节。其中，火星捕获是整个任务成败的最主要关键点之一。

发射成功后，天问一号探测器在未来200天左右的时间中将历经超过4亿公里的飞行，于明年二月前后到达火星的引力势场以内，届时探测器被火星引力所捕获形成环绕轨道的机会只有一次。为了把握住这唯一的机会，环绕器在接近火星后必须要进行急刹车。而且这一脚“太空刹车”风险非常高：踩早了，速度降得过低就会坠入大气层撞击火星；踩晚了，就不能被火星引力捕获，从而飞离火星。再加上此时探测器距离地球近1.93亿公里，通讯时延近11分钟，地面无法对这一制动过程进行实时监控，因此只能依靠探测器自主执行捕获策略。

为了确保这次制动捕获万无一失，上海航天组织了精兵强将展开了一系列技术攻关，做到精确把控发动机的开关时机。中国航天科技集团八院509所副所长火星专家王伟告诉记者，为了精确把控发动机的开关时机，环绕器在近火捕获前需要由地面对其进行精确的无线电测定轨，再结合从环绕器上光学自主导航仪器中获得的导航信息，得到环绕器和火星的精确位置。制动过程中，依靠可靠的捕获策略，确保探测器处于“捕获走廊”直至进入环火轨道。此外，制动过程还需要火星环绕器具备自主应对器上突发故障能力，确保火星捕获过程开展顺利可靠。

在探测任务过程中，火星环绕器距离地面最远达到了4亿公里，地面的测控信号到达环绕器最长需要22分钟，进行一次一来一回的“对话”需要44分钟，一旦遇到问题往往来不及依靠地面指令对探测器进行实时处理。再加上深空探测器与地面站通信存在独特的“日凌”现象，也就是当探测器、地球和太阳位置处于同一直线时，太阳辐射会干扰地火之间射频信号传输，导致通信中断，而本次火星探测任务最长“日凌”将达到30天。因此，这就需要环绕器有极强的自主管理能力，及时应变解决各种可能出现的问题。

为此，研制团队为环绕器安装了2.5米的大口径可两维驱动天线，让环绕器练就一副神话故事里的顺风耳，通过精准的两维指向控制，架起地球和火星间的通信鹊桥。同时，环绕器上还装上了两台光学导航敏感器，有了这对火眼金睛，即使没有外部导航信息，火星环绕器也能够在遥远深空中自主找到前进的道路。中国航天科技集团八院509所副所长火星专家王伟介绍，通过设计多系统多模式器上信息综合自主处理方法，能保证一级故障任务正常执行，二级故障整器安全。通过关键技术攻关，可实现环绕器在轨自主运行大于30天的能力。而两台导航敏感器实现了环绕器不同阶段的精确位置自主确定，即使没有外部导航信息，火星环绕器也能够在遥远深空中自主找到前进的道路。

环绕器从近地球轨道飞行到火星环绕轨道阶段，随着与太阳的距离越来越远，环境越来越恶劣，也给电源分系统带来了一系列的考验。而当火星车着陆后，在火星平均太阳光强只有地球的0.43，再加上沙尘暴来了以后，太阳帆板上的火星尘也有可能会降低能源转化的效率。为了克服这一系列困难条件，上海航天的电源系统研制团队展开了一次“极限挑战”。

811所电源专家徐泽锋透露，为了确保在0.4光照强度下太阳电池发电功率满足整器能源需求，我们首次将三结砷化镓太阳电池置于0.1光照强度下进行电性能测试，经过对设备的多次调试，最终获得了稳定的0.1光照强度下的太阳电池输出特性。另外，火星车上的太阳帆板做了专门的镀膜，它的透光性非常好，这样就能尽量把本来比较弱的太阳光的能量获取出来进行发电。为了解决火星尘掉落在太阳帆板上遮挡住太阳光的问题，研制人员采用了纳米结构的分子材料，这样火星尘的附着力会降低，当帆板发生侧滑和抖动的时候，火星尘会倾斜掉，这样会清理太阳帆板，保证太阳的光照强度。

在此次天问一号任务中，从探测器由地球飞往火星、到在火星轨道停泊、直至火星车开始工作之前的整整10个月的探测任务，都将由上海航天研制的火星环绕器独自承担。期间，火星制动捕获、长期自主管理，以及地火间远距离测控通信等一系列关键技术难点的攻克，也将填补我国在深空探测技术领域的多项空白。

（看看新闻Knews记者：汤铭 编辑：祝闻豪）