天问一号顺利进入环绕火星轨道？防干扰保成功有秘籍

发布时间：2023-01-08 10:30:29 所属栏目：动态来源：网络

导读： 　　热烈庆祝天问一号火星轨道刹车成功！是什么样的技术保障了天问一号长途跋涉大半年，分毫不差进入火星轨道呢？

　　2021年春节期间，阿联酋、中国、美国的火星探测器陆续进入环绕

　　热烈庆祝天问一号火星轨道刹车成功！是什么样的技术保障了天问一号长途跋涉大半年，分毫不差进入火星轨道呢？

　　2021年春节期间，阿联酋、中国、美国的火星探测器陆续进入环绕火星轨道，最早发射的阿联酋希望号火星探测器，也最早抵达火星轨道，成为最早的亮点。阿联酋的火星探测器有美国技术的加持，利用美国的深空测控网络，成功的机会是很大的，也不太可能被人恶意干扰。但是天问一号就不同了，我们刚刚完善的深空探测网络等待验证，第一次实施火星轨道捕获，各项技术也不敢保证万无一失。另外，还有很多国人担心会不会被敌对势力干扰。尤其是，后面还有个非常困难的火星着陆操作，能否完全成功，还要看天问一号自己的表现。今天先分析一下火星捕获过程的安全问题。

　　很多人都知道火星探测任务失败率非常高，有将近一半的任务都失败了，因此大家都为天问一号捏着一把汗。其实大家大可不必如此担心，虽然天问一号不敢保证百分百成功，但成功的把握还是非常大的，至少在火星轨道捕获这个环节，失败的可能性非常小。我们通过总结可以发现，火星探测任务失败主要发生在上个世纪。因为那时候深空探测技术不成熟，成功很大程度上依赖运气。倒是美国技术进步比较快，逐渐掌握了深空测控技术，并引领了测控潮流。百分之五十的成功案例中大部分都是美国完成的。

　　回到天问一号，我们已经研究出了深空光学自主导航技术，对火星探测任务成功的信心还是很大的。印度都能成功，我们更没有问题。当然有网友会跟我抬杠，日本技术那么先进都会探测失败，你哪来的这么大的信心。我不否定日本现在的技术，但日本那次失败确实是因为技术不行。因为深空自主导航技术，是美国1999年才第一次完成实践验证的，日本发射火星探测器是在1998年，与美国的那次发射同步，但并没有掌握成熟的自主导航技术，失败并不奇怪。到后来2013年印度发射的时候，已经有了美国的技术可以借鉴了。

　　需要说一句，后来日本也掌握了自主导航技术了，两次小行星自主采样就是很好的实力证明。

　　那么什么是光学自主导航技术呢？说简单点就是用眼睛看星星来导航，地球上的屎壳郎就非常善于利用星星来导航。

　　在地球上，我们坐车时，乘客问司机：

　　“师傅，到哪里了？”

　　“那不是泰山吗？到了山东了！”

　　探测器需要利用已知的星星导航，跟地球上问路的情形差不多。

　　天上有很多星星，从地球人或探测器的视角来看，恒星的位置是基本不动的，可以看成是天空的坐标。行星在快速移动，但什么时间在什么位置，我们有比较详细的数据，所以可以当成标志性参照（注：除一些特别小的小行星以外，地球和火星之间大多数小行星的运行数据我们都已经掌握了）。给天问一号装上一个摄像头观看星空，通过拍摄远处的恒星和临近的小行星的照片，就可以判断自己的位置和速度。当然，只有照片是不行的，需要有一个功能强大的计算机，利用照片数据、准确的拍摄时间、和电脑里存储的小行星运行图，来计算自己的位置和速度。上个世纪，之所以这个技术不成熟，很大程度上是因为当时的星载计算机功能不行。有兴趣的朋友可以去了解一下阿波罗探月用的计算机，那个老古董看起来挺吓人，实际性能非常有限。

　　通过天问一号的自主导航，我们地面人员可以非常省心地对它进行管理，不用时刻盯着它。让它自己时不时，给地面报告一下自己的信息就可以了，现在我们知道，天问一号按照规划路线，非常稳定地走在接近火星的路上。这两天还刚刚完成了携带设备的自检工作，一切正常，并且拍摄了第一张火星照片。

　　等到接近火星的时候，天问一号会切换另外一种导航办法。那就是利用火星和两个火星卫星的照片来进行导航。这个导航要比小行星导航更准确一些，测量精度提高很多，轨道误差只有几十公里甚至更少。这个误差看起来也不小，至少跟北斗导航比起来误差太大了，但完全满足减速捕获的要求了。不过，实现起来也不是很容易的，同样需要对火星及其两个卫星的活动规律了如指掌，对时间精准把控，并能迅速计算出准确结果来，及时作出减速的决策。如果这时候等地面指示，黄花菜都凉了。

　　“地球指挥所，我已到达减速位置，是否减速，请指示？”

　　“减速！”

　　“收到！”

　　看起来很标准的一套指令，但不能应用到火星探测上。因为火星到地球传递信号来回需要大概22分钟。减速过程大概需要三十分钟，等待指令的过程也就完美错过了火星。就算能提前22分钟发送指令，如果没有精准的自主导航和自主控制，也是会大概率失败的。

　　有了自主导航功能，探测器可以在没有外部指挥的条件下，自主把握时机，实施减速捕获程序，大大减少了因外界干扰而造成的失败。

　　有人会说了，有没有可能别人给他发送一条错误指令，让它不能自主实施减速过程呢？理论上是存在这种可能性的，由于使用无线传播，而且传播距离比较遥远，敌对势力可以随时截获探测器，和地球测控站之间的通讯信号，并进行复制，在恰当的时机给探测器发送虚假指令，干扰探测器工作。但是，不必过于担心，目前我们国家在这方面的加密措施还是比较先进的。

　　我国在星地双向身份识别上有非常成熟的方案，只要是虚假信息，卫星和地面都可以轻松识别出来，并拒绝服务。即使对方截获了通讯过程中的信息，也无法识别信息内容，因为信息都是加密的，这种加密方式，用现在最先进的超级计算机，也不能在短时间内计算出来。另外，为了防止信息劫持，用假身份再次发送，我们还有先进的动态随机密钥策略，下一次即使发送相同的指令，密码也不一样，防止别人盗取。

　　这样的空间网络加密机制，已经在北斗导航、军事、卫星、探月工程等领域进行了充分的应用，基本可以确保通讯的安全。但是为了更加绝对的安全，我国已经研发出了量子通讯技术，虽然没有应用到天问一号，但未来很有可能在卫星和空间探测上大规模使用。

　　总之，我们的天问一号有足够的策略可以保证自己顺利进入火星探测轨道，出现意外的可能性非常小。这次华丽转身，潇洒进入环绕火星轨道，就是很好的例证。比较困难的应该还是着陆火星，关于这个内容我们后面再做专题介绍。敬请关注！

（编辑：南京站长网）

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