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揭开天问一号火星环绕器神秘面纱

邱晨辉

伴随天问一号成功被火星引力捕获，其环绕器结构也揭开了神秘面纱。天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成。其中，环绕器具备三大功能：飞行器、通信器和探测器。

为了克服地球的强大引力、奔向火星，天问一号探测器总重量不能超过5000公斤，但为了到达遥远的火星，它又至少需要携带2500公斤的推进剂，除去着陆巡视器占去的1300公斤重量份额，环绕器自身干重被严格限制在1200公斤以内。

环绕器的1200公斤包含结构和其他各种设备的重量，还要兼顾2.5米可展开驱动天线、太阳电池阵、高分辨率相机等多种大体积设备的安装要求。如何在重量有限的情况下实现高效的承载和设备安装，成为了环绕器结构团队面前的一只“拦路虎”。

对于航天器来说，质心越低、重量越轻，发射成本就越小，探测器多1克的重量，付出的发射成本将远超1克黄金。”杜冬说，为了继续“减重”，环绕器结构团队还把目光投向重量最大的结构核心部件——中心承力筒，并创新采用了“全复合材料主承力结构”，在材料上下功夫，使得环绕器在苛刻限重的条件下实现高效承载。

天问一号探测器飞近火星的过程中，如何靠自己找到火星？

天问一号探测器上配置的光学导航敏感器，可以利用拍摄的恒星与火星图像，精确计算出自身的飞行姿态、位置与速度，实现相对火星的自主导航。

综合电子分系统被称为天问一号环绕器的“最强大脑”，负责环绕器全部信息的管控。

在天问一号环绕器对火星进行探测的过程中，器上的各科学仪器都会产生大量的科学数据，这些数据必须要发回地面由科学家们进行研究，此外，环绕器上的光学导航敏感器和红外导航敏感器数据也需要发送回地面进行进一步的分析，综合电子分系统负责对这些原始数据进行处理、储存，并在合适的时机传输回地球。

通常情况下，环绕地球运行的卫星都是由地面控制中心根据卫星的实时状态和任务要求进行控制的。但与地球卫星不同，火星环绕器由于器地距离远，通信时间延迟长，往往来不及依靠地面指令对探测器进行实时处理。此外，深空探测器与地面站通信存在独特的“日凌”现象，即当探测器、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的射频信号传输，导致通信中断。因此，“日凌”期间，环绕器必须“自己照顾好自己”。

针对这些情况，环绕器综合电子分系统的研制团队进行了一系列技术攻关，设计了深空探测长时间无上行指令自主管理机制、整器断电再恢复功能等，让环绕器在必要时能“自己照顾好自己”，实现了环绕器在轨自主运行大于60天的能力。

2021年2月12日，国家航天局对外发布天问一号抵达火星轨道过程中的影像。执行此次拍摄任务的工程测量分系统，就是火星捕获“大片”背后的“摄影师”。

（原文有删改）