天問一號為啥不用空氣剎車技術？_風聞

前兩天天問一號環繞器進入遙感使命軌道 ，這是一個近火點約265千米、遠火點約1.07萬千米、週期約7.08小時的遙感軌道。在轉發新聞時，我提到未來的任務搞不好可以用空氣剎車方式把軌道切圓，這樣的話距離火星永遠都是200-300千米的樣子，軌道週期很短，當然也能更頻繁對火星綜合遙感，也更好服務於火星車。今天有時間，寫寫字科普下為啥這次不弄而下次可以試試的原因。

正常情況下，把橢圓軌道變成接近火星的圓軌道，需要推進系統多次長時間工作，消耗很多推進劑。所謂空氣剎車，就是在切入環繞火星軌道後，把近火點放低一些，這樣探測器會和火星稀薄大氣的頂部接觸，就會產生微弱的空氣阻力。雖然阻力並不大，僅相當於一隻貓站到大客廳裏產生的效果，但日積月累能逐漸把探測器的動能/速度消耗一些，尤其是降低探測器的遠火點，軌道慢慢就切圓了。

好處顯而易見，空氣剎車能節省探測器達到同樣目的而必須消耗的巨量推進劑。每一滴推進劑都是從地球辛辛苦苦送過來的，例如一個800噸級的長征五號才把5噸級的天問一號送到火星，所以千萬不要浪費推進劑啊。對天問而言節省推進劑更重要，它是近些年人類火星探測以來工程難度最高的一次，環繞器要攜帶着陸器、巡視器一起剎車切入環繞火星軌道，抵達火星後任務節奏非常緊湊。未來還要長時間在火星工作和服務於祝融號，要長時間維持軌道。這些都需要消耗寶貴的推進劑，所以必須要節省。

空氣剎車玩好了，真的能省超多推進劑。以著名的偵察軌道器MRO為例，它採用兩面5.4米長、2.5米寬的巨大太陽能電池板摩擦火星大氣逐漸剎車。最終它進行了5個月、共計445圈空氣剎車，但效果也非常驚人：NASA在最後的報告中説通過空氣剎車方案，足足節省了完成同樣效果本來理論上需要的600千克燃料，這是個了不起的成就！理論上，空氣剎車也能讓天問更舒服。

但空氣剎車玩不好，也很恐怖，因為它畢竟是在火星大氣上空“刀尖起舞”，歷史上也有慘痛的教訓。

1998年12月11日，花費3.3億美元的火星氣候勘探者升空飛往火星。9月23日正式抵達火星，開始減速準備進入環繞火星軌道，繼續選擇空氣剎車技術。負責整體開發的NASA噴氣推進實驗室JPL，和負責生產製造、尤其是推進系統的洛馬公司開始合作調整軌道。

但在調整過程中卻發現探測器突然失去聯繫，失去了響應，任務宣告在進入火星軌道階段失敗。

後來經過調查研究，竟然發現原因主要出自一個極其小的失誤：洛克西德·馬丁在製造時將進行空氣剎車部分的導航軟件計算單位都設置為公制單位（米，千米，千克等），而JPL在進行地面操縱和導航時卻將公制單位的數據當做英制單位來用（英尺，英里，英鎊等）。

更為嚴重的是，給飛行控制軟件下達了命令用一個單位，反饋回的信息又被理解為不同單位，這導致錯上加錯，探測器在數億千米外、十幾分鐘的信號延遲情況下進行錯誤的機動。直接後果是探測器入軌的軌道最低處竟然僅有57千米。雖然火星大氣比較稀薄，但在低於80千米時會對探測器造成較大空氣摩擦甚至永久傷害。

於是，任務就沒了。

我們的天問一號，任務難度遠超氣候勘探者，功能定位和所搭載儀器需要的科研環境也不同，三器入軌和分離着陸等節奏很快、相當複雜，對我國深空探測的意義也極其深遠，自然要小心一點。天問環繞器的一些科研儀器的研究目標，也已經以預設大橢圓軌道來設計了，例如在不同軌道高度研究磁場、空間環境等。空氣剎車還一個缺點就是特別消耗時間，動輒需要半年一年多慢慢繞，不適合天問入軌後的快節奏。

因此，天問一號沒必要上來就玩這個空氣剎車來切圓軌道，待在橢圓軌道也不用浪費太多推進劑，現在的方案已經很適合。不過未來的任務，是完全可以考慮的。

彩蛋問題：從氣候勘探者失敗的例子可以得到什麼？

現在就問你，在考試時為什麼不寫清楚單位就扣分或不得分，理解了沒？