天问一号于7月27日发射 ， 啪的一下 ， 很快啊 ， 2月10号就要进入火星轨道了 。 火星毕竟是四十多亿岁的老同志 ， 没有闪 ， 这下要被天问一号看光光了 。


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01、如何入轨？动量的“小”把戏


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图注：牛顿摆 ， 动量守恒的“把戏” 。


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图注：旅行者1号在飞掠木星的时候 ， 可见其双曲线逃逸轨道 。


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怎么做呢？刹车 。
当今航天器的刹车方法主要有两种 ， 利用行星大气层阻力和空气动力的“大气刹车” ， 和利用火箭发动机的反向推进刹车 。


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图注：MRO（MarsReconnaissanceOrbiter） ， 正在进行大气刹车 。


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那么根据动量守恒定理：
而火箭动能的改变量则为：


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02、极地轨道？长啥样？


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图注：天问一号原计划的轨道机动计划 。 与当前最新公布的并不完全相同 。 不过 ， 最终的265X12000km的科学任务轨道 ， 与目前的计划是一致的 。


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图注：好奇号火星车进入火星大气层的动画模拟 。 到时候咱们的天问一号火星车也要来这么一遭 。


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图注：天问一号轨道器搭载的科学载荷 。 第一行：载荷控制器、中分辨率相机、高分辨率相机；第二行：火星矿物谱仪、火星离子和中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪；第三行：磁通门磁强计电子学箱、磁通门探头、火星轨道科学勘察雷达主控制器 。 （Zou ， 2020）
在天问一号火星车任务结束之后 ， 天问一号轨道器也会将轨道降低至最终的265X12000km ， 这个轨道被称为“科学轨道” ， 将被用于后续天问一号轨道器的具体科学测量任务 。
03、科学测量？高椭圆轨道很重要


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图注：太阳风磁场与火星电离层相互作用 。 本图视角为从北极向南极看 。 （Brian ， 2006）


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图注：截止目前最先进的火星轨道探测器 ， NASA的MAVEN 。 它虽然具备探测火星磁场的仪器 ， 但是轨道高点只有6000km ， 高度不足以测量火星磁尾 。


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为此 ， 天问一号轨道器搭载的磁强计 ， 将采取如图的测量模式：


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图注：火星磁强计的测量模式：轨道近拱点的2小时 ， 和轨道远拱点的1小时 ， 采用32Hz的高采样模式 ， 其余时间采取1Hz的低采样模式 。 （Liu ， 2020）


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文章来源：中科院地质地球所（版权归原作者 ， 如有侵权 ， 请联系删除）

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