浅谈奔赴火星需要解决的几大关键技术
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于排 名 “ 老三 ” 的地 球 外侧 。火 星 围绕 太 阳公 转 一 年 ６ ７ ８ 天 ， 球 围绕 太 阳公 转 一年 ３ ５天 ， 此火 星 与地 球 每 ２ 地 ６ 因 年 有 一 次 靠 近 的 机 会 。火 星 离 地 球 最 近 处 约 ５ ６ ０万 ７ ｋ 最 远 处 约 ４亿 ｋ 月 球 离 地 球 大 约 ３ ． ｍ， ｍ（ ８ ４万 ｋ 。 ｍ） 因为 火 星 与 太 阳 的平 均 距 离 为地 球 的 １ ５ ． ２倍 ， 星 获 火 得 的直 接 太 阳光 强 只有 地 球 光 强 的 ４ ． ％ 。火 星 表 面 ３１ 温 度 比地 球低 ４ ５℃ ， 均 温 度 只有 零 下 ２ 平 ５℃ ； 星 赤 火
本文初步分 析了奔赴火 星的几大关键 技术 问题 ： 轨道设计 与控制技 术 ； 超远 距离通信 技术 ； 自主控 制技 术 ； 星探 测热 火 控 制技术 ； 星着陆控制 技术 ｌ￣． 火 Ｒ ＇ ， ． ｋｌＮ Ｎ技术等 。对后续 火星探测 以及 相关型 号探 测器 的研 制具有一定 的参考价值 。
火要 求 运 载 能力 足够 大 ， 直接 将 探 测 器 送 人 奔 火 双 曲线
轨 道 ， 到第 二 宇 宙速 度 （ 达 大于 １ ． ｍ／） 同 时对 运 载 １２ｋ ｓ ，
道 区 的昼 夜 温度 在 ２ ～ ８ ０ ０℃ ， 寒 冷 的极 区 的 温 度 变 最
化 在 一７ ～ 一 １ ０℃ 。 Ｏ ４
获成 为火 星 的 卫 星 ； 远 距 离 通 信 技 术 ， 得 探 测 器 在 超 使
１ 引 言
火 星是 位 于地 球轨 道 外 侧 的一 颗 行 星 ， 地球 的 近 是
离 地 球最 远 ４亿 ｋ 的地 方仍 能 够 听得 见 ， 得 出 ， 面 ｍ 喊 地
信号 能够跟踪得上 ； 自主 控 制 技 术 ， 地 面测 控 不 可 控 在 和长 阴影期 间 自我 控 制 ； 应 由近 及 远 及 长 阴 影 期 间 的 适
安 全 着 陆 技 术 ； 轨 返 回及 上 升 器 的 火 星 返 回技 术 等 。 在 下 面针 对 以上 关键 技 术进 行 分 析［ ３ 。 ２ ］ －
痕迹 等 内容 ， 掌握 其 规律 ［ 。 并 按 照离 太 阳 由 近及 远 的 顺 序 ， 星Biblioteka Baidu排 名 “ 四 ” 位 火 老 ，
２ １ ２火星影 响球 与 地球 影 响球 ．．
明显 的 变化 。火 星 探 测 器 从 发 射 到 抵 达 火 星 轨 道 要 飞
行 １ ０个 月 左 右 。
到 目前 为 止 ， 类 对 火 星 的 探 测 有 ４ 人 Ｏ次 左 右 ， 功 成
率 １ ３多 ， 识还 很 不全 面 。但 是 人类 对 火 星 寄予 了深 ／ 认
２ １轨 道 设 计 与 控 制 技 术 ．
２ １ １ 离 开 地 球 轨 道 的 转 移 飞 行 能 力 ．．
一
是 直接 奔 火 ， 离地 球 。美 国火 星 探 测 器 发 射 多 飞
采用 直 接 奔火 的 方式 ， 中国在 Ｃ Ｅ一１奔月 时 采用 调 相 方 式 ， ＣＥ一２奔 月时 就采 用 了直接 奔 月 的方 式 。直 接 奔 在
邻 。火 星上 存 在 固态 的水 ， 稀 薄 的大 气 。人 类 通 过 探 有 索火 星 ， 望 建 立 第 二 家 园 和 寻 找 地 球 以外 的 生命 ， 希 研
究火 星 的磁 场 、 大气 和气 候 、 间环 境 、 貌 和 水 消 失 的 空 地
热控 制 技 术 ； 动 部 件 深 冷 的休 眠 唤醒 技 术 ； 陆 器 的 活 着
地球 的影 响球 半径 大 约 ９ ． ２ ８万 ｋ 在 飞离 地 球 几 ｍ， 天 （ 接奔 火 大 约 ２ ５天 ） 即 脱 离 地 球 的 引 力 而 进 入 直 ． 后
切 的希 望 ， 在坚 持 不懈 地 对火 星 进行 科 学探 测 。 仍
环绕 太 阳 的椭 圆轨 道 ， 经过 大 约 ３ ０天 的巡 航 段 飞行 进 ０
北 温 带 、 北寒 带 ） 南 。此 外 ， 学 家还 发 现火 星 上 有 一 定 科 量 的大 气 ， 白 皑 皑 的 极 冠 ， 随 季 节 变 化 大 小 范 围有 有 且
二是 先 进入 环 绕地 球 的 近地 驻 留轨 道 ， 近 地 轨 道 在 飞 行 几 圈完 成 调 相 后 加 速 奔 火 。俄 罗 斯 在 多 次 火 星 发 射 过 程 中均 采 用 调 相 方 式 奔 火 。在 进 入 环 绕 地 球 的调 相 轨 道 后 ， 行 精 密 测 定 轨 ， 获 得 满 意 的 控 制 精 度 后 进 在 加 速 奔火 。调相 奔 火如 图 ２所 示 。
发 射 的控 制精 度 要求 高 ， 如果 入 轨 点 误 差 过 大 那 就 得 在
奔 火巡 航 段 的轨 道 修 正 中消 耗 探 测 器 较 多 燃 料 。直 接
奔火如图 １ 示 。 所
火 星和 地 球 有 很 多 相 似 特 征 。火 星 上 不 仅 有 类 似 地 球 上 的季 节之 分 ， 可 明 显 的 区分 出“ 还 五带 ” 热 带 、 （ 南
自 然 杂 志 第 ３ 第 ２期 ４卷
专 题 综 述
浅 谈 奔 赴 火 星 需 要 解 决 的 几 大 关 键 技 术
陈 昌 亚
研究员 ， 上海 卫 星工 程 研 究 所 ， 海 ２ ０ ４ 上 ０２０
关 键 词 火 星探 测 关 键技 术
轨 道 设计 与 控 制 超 远距 离 通信 自主控 制 火 星 着 陆及 返 回
入火 星 的影 响球 ， 星 的影 响 球 半径 大 约 ５ 火 ８万 ｋ ｍ。在 到达 火 星影 响 球 （ 到 火 星大 约 １ ８天 ） 道 时 必 须 及 距 ． 轨 时 可 靠 的 进 行 刹 车 制 动 ， 得 探 测 器 被 火 星捕 获 ， 为 使 成 火 星 的卫 星 ， 图 １所 示 。 如
本文初步分 析了奔赴火 星的几大关键 技术 问题 ： 轨道设计 与控制技 术 ； 超远 距离通信 技术 ； 自主控 制技 术 ； 星探 测热 火 控 制技术 ； 星着陆控制 技术 ｌ￣． 火 Ｒ ＇ ， ． ｋｌＮ Ｎ技术等 。对后续 火星探测 以及 相关型 号探 测器 的研 制具有一定 的参考价值 。
火要 求 运 载 能力 足够 大 ， 直接 将 探 测 器 送 人 奔 火 双 曲线
轨 道 ， 到第 二 宇 宙速 度 （ 达 大于 １ ． ｍ／） 同 时对 运 载 １２ｋ ｓ ，
道 区 的昼 夜 温度 在 ２ ～ ８ ０ ０℃ ， 寒 冷 的极 区 的 温 度 变 最
化 在 一７ ～ 一 １ ０℃ 。 Ｏ ４
获成 为火 星 的 卫 星 ； 远 距 离 通 信 技 术 ， 得 探 测 器 在 超 使
１ 引 言
火 星是 位 于地 球轨 道 外 侧 的一 颗 行 星 ， 地球 的 近 是
离 地 球最 远 ４亿 ｋ 的地 方仍 能 够 听得 见 ， 得 出 ， 面 ｍ 喊 地
信号 能够跟踪得上 ； 自主 控 制 技 术 ， 地 面测 控 不 可 控 在 和长 阴影期 间 自我 控 制 ； 应 由近 及 远 及 长 阴 影 期 间 的 适
安 全 着 陆 技 术 ； 轨 返 回及 上 升 器 的 火 星 返 回技 术 等 。 在 下 面针 对 以上 关键 技 术进 行 分 析［ ３ 。 ２ ］ －
痕迹 等 内容 ， 掌握 其 规律 ［ 。 并 按 照离 太 阳 由 近及 远 的 顺 序 ， 星Biblioteka Baidu排 名 “ 四 ” 位 火 老 ，
２ １ ２火星影 响球 与 地球 影 响球 ．．
明显 的 变化 。火 星 探 测 器 从 发 射 到 抵 达 火 星 轨 道 要 飞
行 １ ０个 月 左 右 。
到 目前 为 止 ， 类 对 火 星 的 探 测 有 ４ 人 Ｏ次 左 右 ， 功 成
率 １ ３多 ， 识还 很 不全 面 。但 是 人类 对 火 星 寄予 了深 ／ 认
２ １轨 道 设 计 与 控 制 技 术 ．
２ １ １ 离 开 地 球 轨 道 的 转 移 飞 行 能 力 ．．
一
是 直接 奔 火 ， 离地 球 。美 国火 星 探 测 器 发 射 多 飞
采用 直 接 奔火 的 方式 ， 中国在 Ｃ Ｅ一１奔月 时 采用 调 相 方 式 ， ＣＥ一２奔 月时 就采 用 了直接 奔 月 的方 式 。直 接 奔 在
邻 。火 星上 存 在 固态 的水 ， 稀 薄 的大 气 。人 类 通 过 探 有 索火 星 ， 望 建 立 第 二 家 园 和 寻 找 地 球 以外 的 生命 ， 希 研
究火 星 的磁 场 、 大气 和气 候 、 间环 境 、 貌 和 水 消 失 的 空 地
热控 制 技 术 ； 动 部 件 深 冷 的休 眠 唤醒 技 术 ； 陆 器 的 活 着
地球 的影 响球 半径 大 约 ９ ． ２ ８万 ｋ 在 飞离 地 球 几 ｍ， 天 （ 接奔 火 大 约 ２ ５天 ） 即 脱 离 地 球 的 引 力 而 进 入 直 ． 后
切 的希 望 ， 在坚 持 不懈 地 对火 星 进行 科 学探 测 。 仍
环绕 太 阳 的椭 圆轨 道 ， 经过 大 约 ３ ０天 的巡 航 段 飞行 进 ０
北 温 带 、 北寒 带 ） 南 。此 外 ， 学 家还 发 现火 星 上 有 一 定 科 量 的大 气 ， 白 皑 皑 的 极 冠 ， 随 季 节 变 化 大 小 范 围有 有 且
二是 先 进入 环 绕地 球 的 近地 驻 留轨 道 ， 近 地 轨 道 在 飞 行 几 圈完 成 调 相 后 加 速 奔 火 。俄 罗 斯 在 多 次 火 星 发 射 过 程 中均 采 用 调 相 方 式 奔 火 。在 进 入 环 绕 地 球 的调 相 轨 道 后 ， 行 精 密 测 定 轨 ， 获 得 满 意 的 控 制 精 度 后 进 在 加 速 奔火 。调相 奔 火如 图 ２所 示 。
发 射 的控 制精 度 要求 高 ， 如果 入 轨 点 误 差 过 大 那 就 得 在
奔 火巡 航 段 的轨 道 修 正 中消 耗 探 测 器 较 多 燃 料 。直 接
奔火如图 １ 示 。 所
火 星和 地 球 有 很 多 相 似 特 征 。火 星 上 不 仅 有 类 似 地 球 上 的季 节之 分 ， 可 明 显 的 区分 出“ 还 五带 ” 热 带 、 （ 南
自 然 杂 志 第 ３ 第 ２期 ４卷
专 题 综 述
浅 谈 奔 赴 火 星 需 要 解 决 的 几 大 关 键 技 术
陈 昌 亚
研究员 ， 上海 卫 星工 程 研 究 所 ， 海 ２ ０ ４ 上 ０２０
关 键 词 火 星探 测 关 键技 术
轨 道 设计 与 控 制 超 远距 离 通信 自主控 制 火 星 着 陆及 返 回
入火 星 的影 响球 ， 星 的影 响 球 半径 大 约 ５ 火 ８万 ｋ ｍ。在 到达 火 星影 响 球 （ 到 火 星大 约 １ ８天 ） 道 时 必 须 及 距 ． 轨 时 可 靠 的 进 行 刹 车 制 动 ， 得 探 测 器 被 火 星捕 获 ， 为 使 成 火 星 的卫 星 ， 图 １所 示 。 如