杜洋 谷宇 科技日報記者 付毅飛 崔爽

今年9月，“天問一號即將失聯一個月”的消息刷遍了朋友圈；日前，天問一號火星探測任務團隊通過地面發令形式，正式將器上狀態設置為“出日凌”，標志著火星環繞器順利完成了一月有余的全自主飛行，圓滿通過了日凌考驗。

天問一號的好消息讓大家開心的同時也讓很多人好奇：一個多月中，天問一號到底經歷了什么？究竟是依靠什么，讓它可以在遙遠的火星順利完成自主飛行？

別急，航天科技集團八院天問一號火星環繞器團隊一一解答。

火星探測中的“日凌”

中國航天科技集團八院天問一號火星環繞器副總指揮褚英志介紹，傳統意義上的日凌，是針對通信衛星提出的。

通信衛星一般位于赤道上空，距離地球36000km軌道高度的地球同步軌道上。而每年的春分和秋分時節，太陽也剛好直射地球赤道。因此從地球上看，太陽恰好與通信衛星重合。太陽每時每刻都在發射大量的雜亂無章的無線電信號，而我們用于接收衛星信號的天線，實際上也會接收到來自太陽的信號。而在強大的太陽面前，衛星信號猶如燭火一般不值一提。雖然現在的天線指向精度很高，但來自太陽的無線電信號將不可避免地會干擾正常的通信衛星的信號，這會導致地面接收出現異常，例如我們家庭里的電視會信號不穩定，出現“雪花”屏或藍屏。

而在探測火星時，探測器是繞火星飛行的，從宏觀上看，探測器的空間位置與火星重合。那么，當火星被太陽擋住，或者說被太陽光完全淹沒的時候，探測器自然也將被太陽遮擋。在天文學上，火星和地球運行至太陽的兩側呈近似180°的現象被稱為火星合日。

根據天體運動規律，火星、地球每隔26個月將會分列于太陽兩側，三個天體近似連成一線。

2021年9月中旬至10月下旬便是這樣一個時期，在火星工作的包含美國、歐洲、印度的全部火星探測器在此期間都將與地面失去聯系，中國的天問一號火星環繞器和祝融號火星車也不例外。

早有準備 天問一號的“日凌模式”

為了保證在軌飛行安全，火星環繞器團隊于2021年9月中旬對火星環繞器的工作模式進行了調整。在完成全面狀態檢查后，通過地面指令將環繞器設置為自主安全穩態管理模式，即“日凌模式”，以應對器地失聯情況。

在進出日凌期間，地面每天接收火星環繞器狀態遙測，一方面判定環繞器在軌狀態，一方面判定太陽對器地通信的干擾。

隨著火星、地球與太陽相對位置的移動，火星環繞器對地無線通信經歷了受到干擾、出現中斷、逐漸恢復的過程。

2021年10月中旬，器地通信恢復，任務團隊開始了火星環繞器狀態評估工作。經過仔細分析與確認，火星環繞器狀態良好。

日前，任務團隊通過地面發令形式，正式將器上狀態設置為“出日凌”。這標志著火星環繞器順利完成了一月有余的全自主飛行，圓滿通過了日凌考驗。

天問一號是如何度過“失聯”階段的？

褚英志介紹，在日凌期間，地面對天問一號的狀態一無所知，這對天問一號的自主控制能力提出了較高的要求。

由于地面控制人員對探測器的在軌狀態是有數據和經驗積累的，因此在“失聯”期間，探測器經歷的外部環境條件是可預估的。其次，探測器可針對可能出現的風險采取規避措施，同時根據預估的環境條件，在進入日凌前對探測器的相關系統進行狀態設置，將整個探測器狀態調整至相對簡單、可靠的“安全模式”。最后，探測器擁有自主管理能力，在日凌期間對器上系統進行定期檢查，發現異常情況將按事先制定好的預案進行自主處置，保證探測器在出日凌后正常與地面建立通信鏈路。

“總而言之，火星探測日凌是一個自然現象，而日凌同時也為行星探測技術積累一定的經驗。安全度過第一個日凌的天問一號探測器和祝融號不僅讓我們更充滿信心，也正好也讓辛苦了100多天的祝融號好好放個假。”褚英志說。

據悉，后續火星環繞器將會恢復探測工作，完成軌道調整進入科學探測任務軌道。

進入科學任務軌道后，火星環繞器攜帶的中分辨相機、高分辨率相機、次表層探測雷達、礦物光譜分析儀、磁強計、離子與中性粒子分析儀、能量粒子分析儀共7臺載荷將會開機工作，開展火星全球性和綜合性的科學探測。

天問一號重大節點回顧：

2020年7月23日，天問一號在文昌航天發射場由長征五號遙四運載火箭發射升空，成功進入預定軌道，邁出中國行星探測的第一步。

2020年7月28日，天問一號在飛離地球120萬千米處回望地球，利用光學導航敏感器對地球、月球成像，獲取了地月合影。在這幅黑白合影圖像中，地球與月球一大一小，均呈新月狀，在茫茫宇宙中相互守望。

2020年8月2日，天問一號3000N發動機開機工作20秒，順利完成第一次軌道修正，繼續飛向火星。

2020年9月20日，天問一號4臺120N發動機同時開機工作20秒，順利完成第二次軌道修正，探測器各系統狀態良好。

2020年10月1日，國家航天局發布中國首次火星探測任務天問一號探測器“深空自拍”飛行圖像。

2020年10月9日，天問一號主發動機點火工作480余秒，順利完成深空機動，探測器各系統狀態良好。

2020年10月28日，天問一號8臺25N發動機同時開機工作，順利完成第三次軌道修正，地面測控通信各中心和臺站跟蹤正常。

2021年2月5日，天問一號發動機點火工作，完成地火轉移段第四次軌道中途修正，國家航天局同步公布了探測器傳回的首幅火星圖像。

2021年2月10日，天問一號進行近火制動，成功被火星捕獲，進入環火軌道。

2021年2月15日，天問一號環繞器實施捕獲軌道遠火點平面機動，將近火點軌道高度調整至約265千米。

2021年2月24日，天問一號環繞器實施第三次近火制動，進入停泊軌道。

2021年5月15日，天問一號著陸巡視器成功著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區，中國首次火星探測任務著陸火星取得圓滿成功。

2021年5月17日，天問一號環繞器實施第四次近火制動，進入中繼通信軌道。

2021年6月11日，天問一號首批科學影像圖發布，標志我國首次火星探測任務取得圓滿成功。

2021年9月下旬至10月中旬，天問一號處于日凌階段。

（文中圖片均由中國航天科技集團八院提供）

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