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观察:天问一号探测器完成第二次轨道中途修正(2)

观察者网 2020-09-21 12:16:49

这也意味着,所有的火星探测器,从出发时,就已经有了些许轨道误差。好在这个误差尚处在起步阶段,越早修正就能避免更多误差积累。

火星探测器经历极其复杂的受力扰动

举个最简单、也是航天领域最经典的三体问题:当三个物体在引力作用下自由移动时,它们的轨道就完全无法预测,没有准确模型能够描述,只能不断给出限定和假设,尝试通过各种数值法去逼近。这就是著名的“三体问题无解”。

而对于火星探测器而言,远远不止三体问题这么简单。太阳系内各种天体,例如恒星、行星、矮行星、卫星、小行星、彗星、空间碎片、星际分子云甚至人类尚未发现的天体等,不计其数,它们都在向火星探测器施加万有引力。甚至隔着屏幕的你我,从理论上讲,我们也在努力把它“吸回地球”,只不过这个力太过渺小而已。

天问一号探测器完成第二次轨道中途修正

太阳系的万物都在影响火星探测器轨道NASA+中文注释

实际情况还要更加复杂,会有很多非引力项存在,它们又可以叫做非保守力。例如太阳辐射的光子会打在探测器表面产生光压,探测器本身热辐射,探测器星载仪器开机引起的辐射,相对论效应……等等。这些力随着探测器的工作状态、在太阳系内位置、太阳活动强度、空间天气等诸多因素的变化而变化,且这些因素几乎不可能准确预测。

因而,即便最聪明的航天轨道专家使用最厉害的电脑,考虑到所有可能的因素,依然只是“纸上谈兵”,不可能接近真实,只可能尽最大可能接近。

轨道修正和深空机动本身也不精确

如果把“天问一号”飞往火星比做驾车行驶,或许更容易理解:

它有一条规划好的线路,这叫预定轨道。

但基于前文分析,大家也了解它一定会跑偏一些,所以需要偶尔微调方向盘,让它保持在车道中间——这是轨道修正,是小修。

而车道也不是完美的直线,当需要拐弯时,你需要更大程度打方向盘——这是深空机动,是大机动。

打方向的过程中,也是你不断了解方向盘性能的过程,这对于深空探测器更是如此。在进入太空前,所有的测试都是在地面进行,但地面不可能代表真实的深空环境,更何况地球和探测器之间往往要面临非常大的双向时延,最远时往返通讯需要数十分钟。因而,轨道推进系统和姿态控制系统执行命令的精度到底如何,当然也需要进入轨道后评估测试,帮助后续的修正和机动做得更好。

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