为解决太空时延，上海团队给天问一号装备“眼

可你知道吗？天问一号距离地球约3亿千米，单向通讯时延超过15分钟。与生活在地月系摇篮里的航天器不同，这一去一回的半个小时，使得地面不能给天问一号提供实时无微不至的帮助。

为了解决时延问题，中国航天科技集团八院控制所火星环绕器导航、制导与控制分系统（GNC）研制团队，给天问一号装备了明亮的眼睛、灵巧的双臂和聪明的大脑，使其具有了自己观察、自我决断和自主执行的能力，顺利地飞离地月摇篮，成为我国首颗火星人造卫星。

多双眼睛，感知方向和锁定位置的保证

要想去往火星，天问一号得先知道自己朝向哪里（探测器飞行姿态）和自己处在哪里（探测器轨道位置）。天问一号上装配有多台星敏感器，如同一双明亮眼睛一样，始终紧盯着深空中的恒星，通过比对自身看到的恒星与导航星表中恒星的相对姿态，就知道自己朝向何方了。

然而，系外恒星相对于探测器的距离都是无穷远，无论天问一号飞离了地球多远，这几亿公里的距离相对于那些恒星来说完全可以忽略，因此利用恒星来精确计算探测器飞行姿态的时候，却无法得知探测器自己的位置。

为此，为了提高探测器的自主导航能力，还需要借助另一双慧眼——光学导航敏感器和红外导航敏感器，这两款导航敏感器将火星作为导航的“灯塔”，通过这双眼睛对火星拍照，从图像中计算火星几何中心的位置和火星视半径的大小，结合火星的星历和导航滤波算法，就能计算出天问一号相对于火星的位置和速度，从而就知道自己在哪里了。

三头六臂，精准计算和可靠决策的秘诀

天问一号地火转移飞行过程中要确保探测器姿态指向的稳定、太阳翼对日定向保证能源、定向天线指向地球保证数据通讯链路，在环绕火星飞行期间还需要增加中继天线指向火星车的任务要求，这些任务的准确、可靠执行，都由环绕器GNC分系统完成。

为此，环绕器GNC一方面需要获取每双眼睛的数据，完成相应的姿态和轨道计算；另一方面则根据姿态和轨道的计算结果，调整探测器飞行指向，实现两翼太阳翼、两维定向天线驱动和两维中继天线驱动等控制。这些任务执行就是依靠环绕器的大脑——GNC单元，它采用三套独立CPU同步计算、三机相互诊断的方式运行。

“大脑”能准确判断出任务是否执行结束

我的任务完成了吗？天问一号火星探测飞行通讯时延的特殊性，使得其自身必须具备精确判断出是否完成了既定任务的能力。探测器大角度姿态机动控制是否调整到位、轨道控制要求的速度增量是否调整到位，这些都需要环绕器GNC利用相关测量单机的数据计算获得。为了保证中途修正、制动捕获、轨道调整等速度增量的控制精度，天问一号在轨飞行控制过程中，环绕器GNC团队对于测量速度增量的加速度计输出数据实施了温度补偿，以保证速度增量大小的计算精度；并对速度增量的方向设计了在线自修正算法，通过点火姿态基准的修正克服3000N发动机安装偏斜等对速度增量控制方向的影响。通过多重修正措施，确保“大脑”能够准确判断出任务是否执行结束，这也是环绕器GNC的另一制胜法宝。

目前，天问一号已经正常稳定飞行了10个月，精确地完成了四次中途修正、火星制动捕获和环火轨道调整等关键动作，时刻保障着探测器的太阳能源、对地通讯和飞行姿态的稳定，环绕器GNC单元在执行这些任务的过程中，经历了700多次空间单粒子翻转，成功经受了静谧太空中空间环境的各种洗礼和考验。

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文章来源：《装备维修技术》 网址: http://www.zbwxjs.cn/zonghexinwen/2021/0520/1376.html