“天问一号”一次性实现三大任务有多难?

赵竹青

2020年07月23日15:40  来源:人民网-科技频道 原创稿
 
原标题:“天问一号”一次性实现三大任务有多难?

  7月23日12时41分,我国首个火星探测器“天问一号”由长征五号运载火箭在海南文昌航天发射场成功发射。升空后,它将经历7个月左右的长途跋涉,到达火星并开展环绕和巡视探测。

  中国首次火星探测任务要一次性实现“环绕”“着陆”“巡视探测”三大任务,这在世界航天史上绝无仅有,难度可想而知。那么,在奔向火星的圆梦之旅上,“天问一号”究竟面临哪些难点和风险呢?让我们细细盘点一下探火路上的沟沟坎坎吧。

  第一道难关:任务起点高,技术跨度大

  截至今年6月底,世界各国举行了44次火星探测活动,但任务成功概率只有50%左右。由此可见,火星探测任务本身固有的风险非常大。

  而中国的火星探测任务要一次实现绕、落、巡目标。“这在世界上从来没有哪个国家一次同时实现,任务难度非常大。”航天科技集团五院火星探测器总设计师孙泽洲如是说。

  据航天科技集团五院深空探测专家介绍,此次我国火星探测任务的发射规模非常大,着陆有效质量仅次于美国的“好奇号”,环火探测与国际水平相当;探测器研制中,关联性异常复杂;首次地外有大气天体进入面临诸多技术挑战,比如在轨道、气动、防热、大帆面降落伞等近十个方面,在设计上都要实现新的技术突破和技术跨越。

  第二道难关:设计约束新,不确定性大

  面对遥远而未知的星球,“天问一号”奔赴火星的旅程中不可避免地要经受新环境的考验。

  现有资料显示,火星上稀薄大气、风场、尘暴、火面地形地貌等,基础数据非常少,而且不确定性大,崭新的行星际空间环境使得原本风险极高的探测任务难度更上一层楼。

  而最长旅途高达4亿公里的远距离以及大时延等火星新约束条件,对探测器自主能力要求非常高,对于火星成功进入和着陆、测控通信、火星车能源、热控、火面移动等一系列设计,以及电子产品的工艺、环境适应性等方方面面带来巨大挑战和不确定性。

  第三道难关:关键技术多,攻关难度大

  据了解,在此次火星探测任务中,关键性、唯一性且不可逆的环节非常多,如近火捕获制动、器器分离、进入/下降/着陆、火星车释放分离等关键技术多。

  “我们这次火星探测任务最核心、最难的地方,就是探测器进入火星大气后气动外形和降落伞减速的过程,只有一次机会,必须确保成功。”对于“探火”任务,总师孙泽洲有着冷静而清晰的认识。

  对此,研制团队专门设计了全新气动外形、新型降落伞等,这些关键技术攻关难度极大。

  第四道难关:验证任务重,试验难度大

  记者了解到,此次“天问一号”火星探测器上,有很多新技术是原来卫星或者探测器没有使用或者遇到过的。

  因此,为了确保探测器的可靠性,研制团队开展了大量的试验验证,除了常规的力、热等试验外,还要完成气动外形,防热烧蚀,悬停避障、缓速下降及着陆,火星车内场、外场等系统、分系统及单机级专项试验,验证任务极其繁重。

  据航天科技集团五院深空探测专家介绍,这些专项试验不但试验方法、方案确定难,而且火星环境模拟、试验实施、试验结果判定等难度也很大。此外,试验验证的充分性、有效性、覆盖性以及试验仿真验证的难度也极大。

  然而,多重困难叠加并没有吓退火星探测研制团队,设计师们争分夺秒地开展了大量试验验证和各项任务准备工作,为“天问一号”探火之旅铺平了道路。

  第五道难关:研制周期紧,进度风险大

  我国火星探测起步较晚,所以从任务立项伊始,研制团队就一直在奔跑。2016年初探火任务正式批复立项;2016年7月,火星探测器研制转入初样;2016年底,探测器完成全部关键技术攻关和详细设计……此后,研制团队一路马不停蹄,在短短4年多的时间内完成了从产品研制验证到待命出厂再到按计划发射。

  期间,方案与初样、初样与正样工作全面交叉、并行,为此,主线任务一刻不停、提前衔接,进度和技术风险高度耦合,全线全程超长工作,这对风险管控提出了极高的要求。

  此外,火星探测任务属于我国航天重大工程任务,参研单位多达几百家,多线并行、多地并进、多种状态流程串并行,衔接关系极其复杂,协调管理和资源保障难度极大,进度与质量风险统筹把控难度极大。

  “但是,正因为有压力,才能带来技术的进步。”孙泽洲说。为此,研制团队发挥全国大协作精神,精心策划、精准实施,探测器各系统和全体参研参试人员按照“高质量、高效率、高效益”的要求开展工作,确保我国首次火星探测任务的顺利进行。

(责编:潘惠文、席秀琴)