石豪：有那麼30多分鐘，我們完全沒有天問一號的消息
【文/觀察者網專欄作者 石豪】
這個春節，來自1.92億公里外的一聲“春節快樂”，在全世界面前展現了中國科技的新高度。
這聲問候，是已經飛行了200余天的“天問一號”發出的。
北京時間2021年2月10日19時52分，“天問一號”火星探測器成功實施近火捕獲制動，順利進入大橢圓火星軌道。我國首次火星探測任務的“繞、着、巡”勝利完成第一步——“繞”。
火星，這顆千百年來承載了人類太多夢想與期盼的紅色星球，終於迎來了第一顆中國衞星。
奔火之路
天問一號探測器是2020年7月23日，由長征五號運載火箭自文昌發射升空的。憑藉長征五號強大的運載能力，重達5噸的天問一號探測器組合體被直接加速到超過11.2千米/秒的地球逃逸速度，擺脱地球引力進入地火轉移軌道，成為繞太陽公轉的人造衞星。
這是中國運載火箭首次超越第二宇宙速度。
天問一號發射瞬間。圖片來源：新華社
在飛向火星的過程中，天問一號進行了一次軌道機動和四次軌道修正，每一次都有自己特殊的作用在其中。
探測器在發射後是按照預定軌道在太空中飛行的，為了減少實際軌道與預定軌道的偏差而採取的軌道控制叫“軌道修正”，一般來説只要入軌精度夠高，軌道修正需要消耗的燃料都比較少。
“軌道機動”則是讓探測器進入新軌道而採取的軌道控制，當然這並不是説探測器出了問題需要臨時變道，而是早在任務設計中就確定的。
一般來説，如果探測器的發射行星和目標行星處於同一個平面上，那通過最簡單的共面轉移就能抵達，這就是航天動力學中著名的“霍曼轉移”（Hohmann Transfer）。
霍曼轉移示意圖。圖片來源：Robert A. Braeunig
但火星繞太陽公轉的平面與地球公轉平面（黃道面）並不吻合，帶有一個小的夾角，因此地球火星之間的轉移軌道就不在黃道面上，而是三維立體的。
地火非共面轉移示意圖。圖片來源：Robert A. Braeunig
這也正是天問一號進行軌道機動的原因，2020年10月9日，天問一號的3000N主發動機點火480多秒，順利完成深空機動，保證了探測器能夠準時與火星交會。
天問一號深空機動示意圖，可以看到天問一號的轉移軌道與火星有一個小夾角。圖片來源：國家航天局
而深空機動的完美實施，離不開科學家為天問一號安排的軌道修正。
天問一號是一個重達5噸的大傢伙，包含軌道器、着陸器和巡視器，配備了3000N主發動機、多台120N和25N發動機，在世界各國的第一顆火星探測器中是質量最大、功能最多、設計最複雜精妙的，沒有之一。
天問一號探測器。圖片來源：人民網
為了能讓天問一號的多種發動機精確工作，就需要在軌對發動機的實際性能和工況進行精確測量和標定。2020年8月2日，天問一號第一次軌道修正，3000N主發動機首次點火工作，並進行了性能實測；9月20日，天問一號第二次軌道修正，4台120N發動機同時點火工作，在軌驗證了發動機的實際性能；10月28日，天問一號第三次軌道修正，8台25N發動機同時點火工作，並對發動機性能進行了在軌標定。
這樣，在進入火星軌道之前，所有姿軌控發動機都進行了實際點火與標定，探測器會根據實測數據對點火時間進行微調，保證天問一號的精準飛行。
可以説，萬事俱備，只待“剎車”。
完美剎車
2021年2月5日，天問一號進行了第四次軌道修正，此時探測器在茫茫太空中累計飛行了4.65億千米，距離地球1.84億千米，距離火星僅110萬千米。國家航天局也發佈了天問一號在距離火星220萬千米處獲取的第一幅火星圖像。
天問一號的第一幅火星圖像。圖片來源：國家航天局
行百里者半九十。別看距離火星已經近在咫尺，但天問一號畢竟還是一顆繞太陽飛行的人造衞星，速度過快。如果不及時踩一腳剎車，探測器將與火星擦肩而過，“一失足成千古恨，再回首已百年身”。
但剎車太早也不行。如果急着踩剎車的話，探測器很容易過度減速，導致近火點與火星表面太近。別忘了，火星表面是有大氣的，探測器離得太近會進一步失去速度從而墜毀在火星上，甚至可能直接被火星大氣破壞。
時機很重要，機會只有一次。
所以天問一號要在快繞到火星“背面”的時候開始制動捕獲點火，3000N主發動機全力輸出，工作時間長達15分鐘，以至於關機時探測器已身處陰影區，從地球看去被火星完全遮擋。
這個時候，我們在地球上完全無法獲得天問一號的消息。
更為關鍵的是，天問一號離我們已經太遠了，遠到自然界的速度極限——電磁波也需要近10.7分鐘才能抵達地球，我們接收到的信號，都是探測器11分鐘以前發出的。
在航天工程中，有時候幾毫秒的延遲都是不可接受的，更何況10.7分鐘，“Ping太高了”。
一切只能靠天問一號自己。
天問一號火星捕獲過程影像。來源：國家航天局
2021年2月11日20時50分許，地面測控中心準時收到來自飛出陰影區的天問一號的消息。經過確認，天問一號探測器已經進入近火點高度約400千米、遠火點高度約180000千米、週期約10個地球日、軌道傾角約10°的大橢圓環火軌道，成為火星的一顆人造衞星。
舉國歡騰。
辛丑新説
2021年是農曆辛丑年。
提到辛丑，我們一定不會忘記120年前的那個辛丑年。
自1840年鴉片戰爭起，中國開啓了一段屈辱的歷史，西洋東洋，列強紛紛染指，中國在半殖民地半封建的道路上一路沉淪，人民在痛苦中掙扎。
但我們從來不缺乏鬥爭精神，從轟轟烈烈的太平天國運動，到風起雲湧的義和團運動，神州大地處處是垂死的人民最後的吼聲。
終於，列強決定徹底瓜分中國，英美法德俄日意奧組成的“八國聯軍”打進北京城，燒殺搶掠，“老佛爺”倉皇出逃。
殺夠了，搶夠了，又換上一副文明人的臉孔，説“這是你們中國人討打，我們是來給爾等野蠻人傳播先進文明，你們討打必然捱打”。
於是，《辛丑條約》。
按照條約，一切壞事都是中國的，中國得賠錢，四萬萬五千萬兩白銀，本息共計九萬萬八千萬兩。
東交民巷是列強使館界，風可進雨可進，中國人不許進。
對了，還要嚴禁人民參加反對列強的活動。
“愛國，有罪”。
“辛丑條約”簽訂現場。圖片來源：北京青年報
斗轉星移，世事有新説。
又是一個辛丑年，就在辛丑年的春節聯歡晚會上，來自航天五院的四位總設計師帶着嫦娥五號返回器精彩亮相，向祖國彙報，被網友們評為春晚的“全場最佳”。
四位總師亮相春晚。圖片來源：央視新聞截圖
120年前，舊中國割地賠款，喪權辱國，國寶蒙塵，熒惑守心。
120年後，新中國不僅能夠從侵略者後代手中追回國寶，還能夠把自己的探測器送到火星。
天問一號入軌火星，正是辛丑新年最好的賀禮。
因為，西方侵略者幾百年來只要在東方一個海岸上架起幾尊大炮就可霸佔一個國家的時代，一去不復返了。
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