北斗也无法帮忙，天问一号要如何准确到达火星？

来源：今日北斗   2021-02-20 18:00   

“冥昭瞢暗，谁能极之？”2300多年前，屈原用长诗《天问》，向宇宙洪荒、天地自然发问。宇宙的深处，自古以来就令地球上的我们充满好奇与向往。

 

在月球之后，我们的目光放到了火星身上。原因无他。在于火星的自然环境与地球最为相似。因此火星被视作除地球外有可能孕育生命的星球之一，也被认为是未来人类最有可能移居的行星，这些都吸引着多个国家去探索这颗神秘星球。

 

图源丨中国航天科技集团


据最新消息，天问一号探测器顺利完成第四次轨道中途修正，本次修正采用环绕器推进分系统中8台25N发动机同时点火工作模式，经历了约12秒点火，探测器实现了预期的速度增量，整个过程推进分系统25N发动机工作稳定、正常，圆满完成探测器中途修正任务。

 

也许有人会问，在天问一号长达几亿公里的飞行里程里，天问一号是如何精准地飞往火星的？

 

图源丨中国航天科技集团

 

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光学导航敏感器

众所周知，导航卫星的信号波束都是朝向地球发射的。以北斗卫星导航系统为例，天问一号要是想在飞往火星的路途中接收到导航信号，前提是卫星、地球、天问一号三者的位置关系满足一定要求。但是距离越远，能接收到的信号便会越弱。

 

在月球上，还能够使用到高精度的定位导航系统，但是随着飞行里程的累积，导航的信号便会逐渐变弱，直至消失。

 


对月球上如何使用高精度的定位导航系统感兴趣的朋友可以点击：↓↓↓

在月球上，还能使用高精度的定位导航系统吗？

 

因此，天问一号”离开地球以后，北斗等全球导航系统便逐渐派不上用场。而在没有北斗，没有GPS的情况下，茫茫太空中，“天问一号”靠的就是光学导航敏感器实现导航引路。

 

简单来说，光学导航敏感器就好比“天问一号”的“眼睛”，有了这双明亮的“眼睛”，天问一号也就有了自主能力，可以自己看着目标飞向目的地。

 

图源丨中国航天科技集团


与传统的无线电导航不同，光学自主导航可以通过图像目标识别和特征提取，完成位置、速度等导航信息的获取。

 

具体而言，“天问一号”在飞近火星的过程，装有长焦镜头的导航敏感器当作一只“千里眼”，最远可以在1000万公里的距离识别火星，还能自主适应火星从点目标到面目标、从弱目标到强目标的火星图像提取，从而实现即使没有外部导航信息，也能够在深空飞行中自主找到前进的道路。

 

 

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深空测控网

实际上，无论是探月还是登火，都是我国深空探测任务的规划部署。在这其中，深空测控网作为支持深空探测任务实施的核心系统，在天问一号飞往火星的路途中，宛如一座灯塔，为天问一号的前行指引正确的道路。

 

深空测控系统，一般由深空航天器上的星载测控分系统、地面的深空测控站、深空任务飞行控制中心以及将地面各组成部分连接在一起的通信网构成。相比于一般航天测控任务，深空测控任务具有跟踪测量距离远、信号传输时延高、导航测量难度大、任务持续周期长等特点。

 

图源丨中国军网


2004年1月，我国正式启动月球探测工程，拉开了深空探测的序幕。尽管当时我国已组建了由国内外陆基站点、海基测量船组成的航天测控网，但面对距离地球38万公里的月球，当时的我们仍有点力不从心。

 

2007年，为支撑起探月工程“绕、落、回”三步走的第一步——嫦娥一号绕月测控任务，中国西安卫星测控中心所属青岛、喀什测控站分别新建了两座18米口径测控天线，形成了中国深空测控网的雏形，并在接近祖国“西极”的新疆喀什和接近祖国“东极”的黑龙江佳木斯，分别建设的两座深空测控站正式投入使用。至此，中国深空测控网已初具规模。

 

硬件水平虽然跟上了，但仅靠两大深空站，我们仍无法实现对深空航天器的全时段测控覆盖。　为了更好地服务后续一系列深空探测任务，我国还在海外建成了首个深空测控站。

 

从2000万公里、5000万公里、1亿公里到现在，我国深空测控网的设计性能指标上限已经来到了4亿公里，这样的距离已经完全满足火星探测的需要。


延伸阅读：

在宇宙导航的未来导航方式中，有一种目前最有希望实现的深空或者星际航行的导航技术，那就是脉冲星导航。2016年11月10日，中国空间技术研究院利用长征11号运载火箭发射了人类历史上第一颗“脉冲星导航试验卫星”，之后又利用我国第一颗X射线天文卫星“慧眼”进行了相关的研究。2018年，美国国家航空宇航局（NASA）也宣布利用国际空间站上搭载的设备进行了首次实时的在轨脉冲星自主导航试验。

 

图源丨百度百科


脉冲星导航，利用的正是脉冲星。据了解，已发现的脉冲星已经超过2000颗，这些脉冲星如同宇宙中的灯塔，在宇宙中通过测量脉冲星辐射到达的时间，可计算出飞船相对于脉冲星的距离，从而得到一个方程式，解决探测器在太空中的导航难题。