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天问一号探测器成功实施近火制动 进入火星停泊轨道

(日期:2021-02-24 )

2月24日6时29分,由航天科技集团五院抓总研制的天问一号探测器成功实施第三次近火制动,进入近火点280千米、远火点5.9万千米、周期2个火星日的火星停泊轨道。探测器将在停泊轨道上运行约3个月,环绕器7台载荷将全部开机,开始科学探测。同时,载荷中的中分辨率相机、高分辨率相机、光谱仪等将对预选着陆区地形地貌、沙尘天气等进行详查,为择机着陆火星做好准备。


天问一号探测器自2020年7月23日成功发射以来,已在轨飞行215天,距离地球2.12亿千米。2021年2月10日探测器进入环火轨道,于2月15日实施了远火点轨道平面机动,2月20日实施了第二次近火制动,目前设备状态正常,各项飞控工作正常开展。


航天科技集团五院抓总的“天问一号”经过漫长的跋涉,火星的全貌已经展现在“天问一号”面前,如何保证该阶段高效率的能源存储和能源分配,是总体设计部供配电研制团队着重攻关的难题。


超长存储 更优输出


作为星际旅行者,“天问一号”在飞行过程中面临极为复杂、恶劣的太空环境,如何在减重等约束性条件下满足探测器对能源的高需求,是研制团队着力解决的问题。在着陆巡视器供配电分系统主任设计师陈燕的带领下,研制团队从发电、储能、最优功率控制、在轨管理策略等多个角度进行优化设计,突破了多项关键技术难题,其中锂氟化碳电池技术更是首次应用在火星探测器进入舱中,与探测器一同开始了它的处女秀。


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“天问一号”火星探测器由环绕器和着陆巡视器构成,火星车置于着陆巡视器的进入舱上。锂氟化碳电池装配于火星探测器的进入舱上,这是新型电池的首次亮相,储电能力是锂离子电池的两倍,并实现了5kg的减重目标,极大满足了长期旅途在外的“天问一号”对于更轻装配重量,更高能量存储的需求,具备极为亮眼的产品属性。


同时,新型电池的荷电保持能力极强,在轨长期贮存能力长达10个月之久。哪怕在温度大幅度变化的情况下,从近地发射的40℃至火星捕获时的0℃,电池容量衰降率也维持在了极小的程度。在具备持久力的同时,电池组的输出能力同样令人叹为观止,在着陆巡视器的火星进入下降着陆过程中,电池组放电倍率极为可观,作为进入舱的主能源,将独立完成着陆巡视器在这一阶段的能源供给。


特殊时刻  反向供电


火星捕获是“天问一号”实现“绕、着、巡”任务的关键动作,能源供应和能源分配需要进行多角度、多层次的复杂考虑,这就极其考验供配电分系统研制团队对于特殊情况的方案创新能力。


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在漫长的奔火旅途中,环绕器承担着向着陆巡视器提供电力能源的重任。电池在长期没有电量储备的情况下容易造成不可逆的容量衰减,为了保证放置在着陆巡视器中的火星车自身电池的状态良好,环绕器按照研制团队制定的电池在轨维护策略,持续向火星车输送能源,使电池长期处在50%荷电态,如此以来,既最大限度地延长电池寿命,又满足了电池长期在轨贮存需求。


当“天问一号”即将进行近火制动,完成火星捕获之时,环绕器的压力变得非常大,以至于没有多余精力满足着陆巡视器的供电需求。那么这一阶段着陆巡视器到底如何实现自给自足,保证自身设备正常运行呢?陈燕带着汪静、石海平、穆浩等技术骨干反复论证,最终独辟蹊径,提出了解决办法——将火星车电池作为电量紧缺时的暖心“充电宝”。


在开展火星捕获动作之前,环绕器会加大对火星车的充电力度,使置于着陆巡视器内部的火星车电池处于满荷电状态,当近火制动动作开始后,火星车就扛起了为着陆巡视器供电的重担,在急难险重的关键时期成为奔火旅途中的贴心充电宝,为整个着陆巡视器提供所需电能,保证器上GNC、热控、数管等设备的正常运行,减轻环绕器近火捕获的压力。


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后续,“天问一号”火星探测器将如期开展环火飞行、火星着陆、火星车巡视等多项动作,供配电分系统研制团队为探测器装配的护航利器也将逐渐崭露头角一一亮相,全面保障着陆巡视器、火星车顺利实行后续动作,敬请期待吧!

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