天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器成功實(shí)施近火制動(dòng) 進(jìn)入火星停泊軌道
2月24日6時(shí)29分，由航天科技集團(tuán)五院抓總研制的天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器成功實(shí)施第三次近火制動(dòng)，進(jìn)入近火點(diǎn)280千米、遠(yuǎn)火點(diǎn)5.9萬(wàn)千米、周期2個(gè)火星日的火星停泊軌道。探測(cè)器將在停泊軌道上運(yùn)行約3個(gè)月，環(huán)繞器7臺(tái)載荷將全部開(kāi)機(jī)，開(kāi)始科學(xué)探測(cè)。同時(shí)，載荷中的中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、光譜儀等將對(duì)預(yù)選著陸區(qū)地形地貌、沙塵天氣等進(jìn)行詳查，為擇機(jī)著陸火星做好準(zhǔn)備。
天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器自2020年7月23日成功發(fā)射以來(lái)，已在軌飛行215天，距離地球2.12億千米。2021年2月10日探測(cè)器進(jìn)入環(huán)火軌道，于2月15日實(shí)施了遠(yuǎn)火點(diǎn)軌道平面機(jī)動(dòng)，2月20日實(shí)施了第二次近火制動(dòng)，目前設(shè)備狀態(tài)正常，各項(xiàng)飛控工作正常開(kāi)展。
航天科技集團(tuán)五院抓總的“天問(wèn)一號(hào)”經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的跋涉，火星的全貌已經(jīng)展現(xiàn)在“天問(wèn)一號(hào)”面前，如何保證該階段高效率的能源存儲(chǔ)和能源分配，是總體設(shè)計(jì)部供配電研制團(tuán)隊(duì)著重攻關(guān)的難題。
超長(zhǎng)存儲(chǔ) 更優(yōu)輸出
作為星際旅行者，“天問(wèn)一號(hào)”在飛行過(guò)程中面臨極為復(fù)雜、惡劣的太空環(huán)境，如何在減重等約束性條件下滿(mǎn)足探測(cè)器對(duì)能源的高需求，是研制團(tuán)隊(duì)著力解決的問(wèn)題。在著陸巡視器供配電分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師陳燕的帶領(lǐng)下，研制團(tuán)隊(duì)從發(fā)電、儲(chǔ)能、最優(yōu)功率控制、在軌管理策略等多個(gè)角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題，其中鋰氟化碳電池技術(shù)更是首次應(yīng)用在火星探測(cè)器進(jìn)入艙中，與探測(cè)器一同開(kāi)始了它的處女秀。
“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器由環(huán)繞器和著陸巡視器構(gòu)成，火星車(chē)置于著陸巡視器的進(jìn)入艙上。鋰氟化碳電池裝配于火星探測(cè)器的進(jìn)入艙上，這是新型電池的首次亮相，儲(chǔ)電能力是鋰離子電池的兩倍，并實(shí)現(xiàn)了5kg的減重目標(biāo)，極大滿(mǎn)足了長(zhǎng)期旅途在外的“天問(wèn)一號(hào)”對(duì)于更輕裝配重量，更高能量存儲(chǔ)的需求，具備極為亮眼的產(chǎn)品屬性。
同時(shí)，新型電池的荷電保持能力極強(qiáng)，在軌長(zhǎng)期貯存能力長(zhǎng)達(dá)10個(gè)月之久。哪怕在溫度大幅度變化的情況下，從近地發(fā)射的40℃至火星捕獲時(shí)的0℃，電池容量衰降率也維持在了極小的程度。在具備持久力的同時(shí)，電池組的輸出能力同樣令人嘆為觀止，在著陸巡視器的火星進(jìn)入下降著陸過(guò)程中，電池組放電倍率極為可觀，作為進(jìn)入艙的主能源，將獨(dú)立完成著陸巡視器在這一階段的能源供給。
特殊時(shí)刻 反向供電
火星捕獲是“天問(wèn)一號(hào)”實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”任務(wù)的關(guān)鍵動(dòng)作，能源供應(yīng)和能源分配需要進(jìn)行多角度、多層次的復(fù)雜考慮，這就極其考驗(yàn)供配電分系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)對(duì)于特殊情況的方案創(chuàng)新能力。
在漫長(zhǎng)的奔火旅途中，環(huán)繞器承擔(dān)著向著陸巡視器提供電力能源的重任。電池在長(zhǎng)期沒(méi)有電量?jī)?chǔ)備的情況下容易造成不可逆的容量衰減，為了保證放置在著陸巡視器中的火星車(chē)自身電池的狀態(tài)良好，環(huán)繞器按照研制團(tuán)隊(duì)制定的電池在軌維護(hù)策略，持續(xù)向火星車(chē)輸送能源，使電池長(zhǎng)期處在50%荷電態(tài)，如此以來(lái)，既最大限度地延長(zhǎng)電池壽命，又滿(mǎn)足了電池長(zhǎng)期在軌貯存需求。
當(dāng)“天問(wèn)一號(hào)”即將進(jìn)行近火制動(dòng)，完成火星捕獲之時(shí)，環(huán)繞器的壓力變得非常大，以至于沒(méi)有多余精力滿(mǎn)足著陸巡視器的供電需求。那么這一階段著陸巡視器到底如何實(shí)現(xiàn)自給自足，保證自身設(shè)備正常運(yùn)行呢？陳燕帶著汪靜、石海平、穆浩等技術(shù)骨干反復(fù)論證，最終獨(dú)辟蹊徑，提出了解決辦法——將火星車(chē)電池作為電量緊缺時(shí)的暖心“充電寶”。
在開(kāi)展火星捕獲動(dòng)作之前，環(huán)繞器會(huì)加大對(duì)火星車(chē)的充電力度，使置于著陸巡視器內(nèi)部的火星車(chē)電池處于滿(mǎn)荷電狀態(tài)，當(dāng)近火制動(dòng)動(dòng)作開(kāi)始后，火星車(chē)就扛起了為著陸巡視器供電的重?fù)?dān)，在急難險(xiǎn)重的關(guān)鍵時(shí)期成為奔火旅途中的貼心充電寶，為整個(gè)著陸巡視器提供所需電能，保證器上GNC、熱控、數(shù)管等設(shè)備的正常運(yùn)行，減輕環(huán)繞器近火捕獲的壓力。
后續(xù)，“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器將如期開(kāi)展環(huán)火飛行、火星著陸、火星車(chē)巡視等多項(xiàng)動(dòng)作，供配電分系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)為探測(cè)器裝配的護(hù)航利器也將逐漸嶄露頭角一一亮相，全面保障著陸巡視器、火星車(chē)順利執(zhí)行后續(xù)動(dòng)作，敬請(qǐng)期待吧！
