前兩天天問一號環(huán)繞器進(jìn)入遙感使命軌道 ，這是一個近火點約265千米、遠(yuǎn)火點約1.07萬千米、周期約7.08小時的遙感軌道。在轉(zhuǎn)發(fā)新聞時，我提到未來的任務(wù)搞不好可以用空氣剎車方式把軌道切圓，這樣的話距離火星永遠(yuǎn)都是200-300千米的樣子，軌道周期很短，當(dāng)然也能更頻繁對火星綜合遙感，也更好服務(wù)于火星車。今天有時間，寫寫字科普下為啥這次不弄而下次可以試試的原因。

正常情況下，把橢圓軌道變成接近火星的圓軌道，需要推進(jìn)系統(tǒng)多次長時間工作，消耗很多推進(jìn)劑。所謂空氣剎車，就是在切入環(huán)繞火星軌道后，把近火點放低一些，這樣探測器會和火星稀薄大氣的頂部接觸，就會產(chǎn)生微弱的空氣阻力。雖然阻力并不大，僅相當(dāng)于一只貓站到大客廳里產(chǎn)生的效果，但日積月累能逐漸把探測器的動能/速度消耗一些，尤其是降低探測器的遠(yuǎn)火點，軌道慢慢就切圓了。

好處顯而易見，空氣剎車能節(jié)省探測器達(dá)到同樣目的而必須消耗的巨量推進(jìn)劑。每一滴推進(jìn)劑都是從地球辛辛苦苦送過來的，例如一個800噸級的長征五號才把5噸級的天問一號送到火星，所以千萬不要浪費推進(jìn)劑啊。對天問而言節(jié)省推進(jìn)劑更重要，它是近些年人類火星探測以來工程難度最高的一次，環(huán)繞器要攜帶著陸器、巡視器一起剎車切入環(huán)繞火星軌道，抵達(dá)火星后任務(wù)節(jié)奏非常緊湊。未來還要長時間在火星工作和服務(wù)于祝融號，要長時間維持軌道。這些都需要消耗寶貴的推進(jìn)劑，所以必須要節(jié)省。

空氣剎車玩好了，真的能省超多推進(jìn)劑。以著名的偵察軌道器MRO為例，它采用兩面5.4米長、2.5米寬的巨大太陽能電池板摩擦火星大氣逐漸剎車。最終它進(jìn)行了5個月、共計445圈空氣剎車，但效果也非常驚人：NASA在最后的報告中說通過空氣剎車方案，足足節(jié)省了完成同樣效果本來理論上需要的600千克燃料，這是個了不起的成就！理論上，空氣剎車也能讓天問更舒服。

但空氣剎車玩不好，也很恐怖，因為它畢竟是在火星大氣上空“刀尖起舞”，歷史上也有慘痛的教訓(xùn)。

1998年12月11日，花費3.3億美元的火星氣候勘探者升空飛往火星。9月23日正式抵達(dá)火星，開始減速準(zhǔn)備進(jìn)入環(huán)繞火星軌道，繼續(xù)選擇空氣剎車技術(shù)。負(fù)責(zé)整體開發(fā)的NASA噴氣推進(jìn)實驗室JPL，和負(fù)責(zé)生產(chǎn)制造、尤其是推進(jìn)系統(tǒng)的洛馬公司開始合作調(diào)整軌道。

但在調(diào)整過程中卻發(fā)現(xiàn)探測器突然失去聯(lián)系，失去了響應(yīng)，任務(wù)宣告在進(jìn)入火星軌道階段失敗。

后來經(jīng)過調(diào)查研究，竟然發(fā)現(xiàn)原因主要出自一個極其小的失誤：洛克西德·馬丁在制造時將進(jìn)行空氣剎車部分的導(dǎo)航軟件計算單位都設(shè)置為公制單位（米，千米，千克等），而JPL在進(jìn)行地面操縱和導(dǎo)航時卻將公制單位的數(shù)據(jù)當(dāng)做英制單位來用（英尺，英里，英鎊等）。

更為嚴(yán)重的是，給飛行控制軟件下達(dá)了命令用一個單位，反饋回的信息又被理解為不同單位，這導(dǎo)致錯上加錯，探測器在數(shù)億千米外、十幾分鐘的信號延遲情況下進(jìn)行錯誤的機(jī)動。直接后果是探測器入軌的軌道最低處竟然僅有57千米。雖然火星大氣比較稀薄，但在低于80千米時會對探測器造成較大空氣摩擦甚至永久傷害。

于是，任務(wù)就沒了。

我們的天問一號，任務(wù)難度遠(yuǎn)超氣候勘探者，功能定位和所搭載儀器需要的科研環(huán)境也不同，三器入軌和分離著陸等節(jié)奏很快、相當(dāng)復(fù)雜，對我國深空探測的意義也極其深遠(yuǎn)，自然要小心一點。天問環(huán)繞器的一些科研儀器的研究目標(biāo)，也已經(jīng)以預(yù)設(shè)大橢圓軌道來設(shè)計了，例如在不同軌道高度研究磁場、空間環(huán)境等。空氣剎車還一個缺點就是特別消耗時間，動輒需要半年一年多慢慢繞，不適合天問入軌后的快節(jié)奏。

因此，天問一號沒必要上來就玩這個空氣剎車來切圓軌道，待在橢圓軌道也不用浪費太多推進(jìn)劑，現(xiàn)在的方案已經(jīng)很適合。不過未來的任務(wù)，是完全可以考慮的。

彩蛋問題：從氣候勘探者失敗的例子可以得到什么？

現(xiàn)在就問你，在考試時為什么不寫清楚單位就扣分或不得分，理解了沒？