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“天问一号”的新年来信:身处火星,心怀故乡!

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出品:科普中国

制作:冰结向日葵
监制:中国科学院计算机网络信息中心

2021年春运已然开始。在这个特殊的时期,不少人响应号召就地过年,也有不少人正奔赴在返乡的路上。但无论身处何地,故乡,都是每位在外打拼的游子心之所在;团圆,也依然是这个节日最醇厚、最绵长、最悠久的色彩。借助越来越便捷的通讯技术,纵使人与人相隔天涯,心与心仍宛如咫尺。

团圆是春节最浓厚的色彩(图片来源:Veer图库)

不过,此时有一位旅行者,依然在向着比天涯更远的方向前进。

她孑然一身,已经跋涉了约4.75亿公里,相当于环绕地球一万多圈;距离自己的蓝色故乡也有近1.92亿公里,大致相当于地球与太阳的距离;当然,最重要的是,她将作为一个历史悠久又充满活力的国度的使者,带着这片土地上人们的希冀与期盼,拜访这个他们遥望过数千年的神秘之地。

她就是“天问一号”。

“天问一号”的身影(图片来源:科普融创作品 Kerwis团队《别眨眼!5分钟3D带你看“天问一号”从发射到着陆全过程》)

从2020年7月23日启程至今,经过202天,她终于抵达了火星。

在这里,来自故乡的问候即便以光速飞驰,也要在约10.7分钟之后才能被她收到。这也意味着,她对故乡的呼唤,也只能在约10.7分钟之后才能被接收。从她发出呼唤到收听到回音,需要约20分钟。

这是长达20分钟的孤独与寂寞,她身上的高灵敏度深空应答机只能收到宇宙背景噪音的沙沙声。

不过,对于“天问一号”而言,在这段旅程中,她只需要将自己的状态传输给故乡就行了,收听不到故乡的来信已经不是什么新鲜事,或者说,收听到了来信,才是值得紧张的时刻。

这样的时刻已经有5次了,每一次都是一串指令。

她耐心地聆听完这些数字,就按照指令的要求,用星敏感器与太阳敏感器比对自身与星星、太阳的角度,调整自身的姿态到预定的角度,随后启动了自己身上的发动机。这些发动机有时候工作得久一点,有时候工作得短一点,然后按照指令的要求定时关机即可。

要说哪一次的指令让她印象深刻,她可能会认为是第三次。

因为那一次的指令居然让她3000N推力的主发动机工作480余秒!这个被故乡的人们称为“深空机动”的操作是她能够顺利抵达火星的关键——出于行星保护的考量,所有的火星探测器在发射时都不能直接抵达火星,否则未经消毒的火箭上面级就会有落入火星的风险。

不过深空机动的步骤很完美,几乎没有任何的差错,即便在太空环境下,发动机的工作也十分顺利。一方面,这是由于故乡的人们为她提供了最好的发动机;另一方面,这是由于第一次中途修正时,主发动机已经标定了,故乡的人们根据标定结果,微调了主发动机的工作时长。

在这漫长的旅途中,她拍摄了一些照片。

有故乡和故乡伴星的照片——据说故乡的人也派了一位使者前往那颗伴星,还会带些伴手礼回来。

2020年7月27日,天问一号探测器在距离地球约120万公里处拍摄的地月合影照片(图片来源:国家航天局)

有几张自拍照——在祖国的节日里,她送上了祝福,也报告了自身的平安。

2020年10月1日,“天问一号”太空自拍为祖国送上祝福,红色部分为五星红旗(图片来源:国家航天局)

接下来,就是目的地的照片了,作为摄影师的她,要好好地考察这片土地。

天问一号拍摄的火星照片(图片来源见水印)

这时,接收机里传来了新的指令。

她需要调整好自身的姿态,然后定时启动主发动机,工作15分钟。

毫无疑问,这是最激动人心的时刻——这意味着她要被火星捕获了。

这是唯一的机会:如果发动机工作的时候稍有懈怠,她就将短暂地飞掠火星,进入无垠的宇宙,进入永恒的孤独;如果她此前报送的自身坐标稍有差池,发动机工作完毕之后,她就会进入一个与预期完全不同的轨道,严重干扰后续的进度;如果她的主发动机已无法工作,她还要动用其她的备选方案……

面对深邃的宇宙,故乡的人们也不免担忧:遥远的距离让通信延迟变得极为漫长,让地面无线电的测轨精度变得极不可靠;而且在点火的时刻,她与故乡的通信将被火星遮挡。

一切只能靠她自己。

她的主发动机在故乡接受了漫长而繁复的测试,她那名为“嫦娥”的伙伴已经证明了这个主发动机的可靠性;她的光学、红外导航敏感器将凝视着星空与火星,牢牢掌控着自己的坐标、航向、姿态与速度;她的自主管理平台让她面对各种各样的突发情况,都具备应急处理的能力,即便是一个月之后的凌日期,故乡的信号变得模糊不清,她也依然能够控制自己……

她是故乡的骄傲。

主发动机工作完毕,一切正常,她进入了一个大椭圆轨道。

“绕起来了!”

图片来源见水印

飞行控制大厅内的掌声经久不息,“天问一号”成功被火星捕获的消息瞬间传遍了整个国家,为节日更添一份光彩。

而她的故事还远远没有结束。

几天之后,她还需要在远火星点附近启动主发动机,调整轨道倾角——从故乡到目的地的轨道倾角还不够大,她需要调整至近似极地轨道。远火星点的线速度很低,她只需要消耗很少的燃料,就能轻松实现大倾角的改变。

再往后,她还将在近火星点附近多次机动,逐渐降低远火星点,在接下来的几个月内对火星进行全球测绘,特别对于预定的落点,她将为携带的火星车提供更高精度的图像……

与“天问一号”一样,同样有一群游子在外,没有在这个时刻返乡。他们为了让这位使者踏足火星,仍然在坚守着岗位。在蔚蓝的星球上,在东方的国度中,还有很多人们,选择留在远离故乡的土地上。但他们与故乡的联系却从未隔绝,一如“天问一号”一样,即便身处浩茫星海,始终心怀温暖故乡。

参考文献:

[1] 张玉花, 王献忠, 褚英志等. 我国首次自主火星探测任务中环绕器的研制与实践[J]. 上海航天, 2020, 37(5): 1-9.

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2022-03-24