2021年2月10日，“天問一號”火星探測器順利實施近火制動，完成火星捕獲，正式踏入環火軌道。目前，探測器各系統狀態良好，近火制動后入軌精度很高，為后續環火飛行的順利開展打下基礎。
截至目前，“天問一號”已在軌飛行200余天，飛行里程已經突破了4.7億公里。如何在深空“漂移”、剎車都是“天問一號”需要邁過的坎兒。
導航：深空機動，做了一次大轉彎
“天問一號”奔赴火星之路，離不開航天科技集團五院總體設計部軌道設計團隊的星際引航。
2020年7月23日發射以來，踏上奔火高速的“天問一號”已經完成了四次軌道中途修正和一次深空機動。與嫦娥系列探測器在地月空間飛行不同，“天問一號”是星際航行，發射升空三天后已徹底脫離地球引力場。
在地火轉移的高速路上，“天問一號”長期處于無動力飛行狀態，會受到入軌偏差、控制偏差和其他攝動因素的影響，與預定軌道產生一定偏離，需通過中途修正調整飛行方向和速度。
深空機動是“天問一號”需要掌握的漂移技巧。與中途修正相比，深空機動是控制量更大的軌控動作，使探測器通過一次大轉彎，或者說大漂移，從地球的公轉面進入到火星的公轉面。“從軌道設計的角度來說，深空機動主要是為了調整探測器繞日軌道的尺寸和傾角，從而使探測器飛行的軌道滿足到達火星的需求。”軌道負責人周文艷研究員解釋。
剎車：近火制動只有一次機會，錯過等12年
在第四次中途修正后，“天問一號”保持平穩飛行軌跡抵達火星附近。從地火轉移軌道進入環火軌道，需通過近火制動實現火星捕獲，完成日心軌道和火心軌道的順利銜接。
“天問一號”需要準確識別通往火星的高速路標并剎車慢行，在通往環火軌道的“匝道”上謹慎行駛。“對于軌道設計來說，近火制動這腳剎車力道大小是極為考究的，踩得太輕，就會飛離火星，踩得太重，則會對后面的飛行時序產生巨大影響。”軌道主管設計師高珊用比喻來描述近火制動。
完成第四次中途修正后，“天問一號”進入了合適的窗口期。對于“天問一號”來說，近火制動只有一次機會，如錯過，下一次合適的窗口期是2033年。
對于以28km/s高速靠近火星的探測器來說，要想被火星引力捕獲，必須在“捕獲窗口”對應的軌道弧段，精準、自主地完成“剎車”。理論上，給探測器一個反向推力，即可把它的速度降下來。但在工程實現過程中，仍會遇到不少問題。
火星探測器配置了1臺3000N的軌道控制發動機，進行引力捕獲時的制動減速控制。火星引力捕獲窗口有限，要求探測器在10分鐘內將速度降低約1km/s。
與常規衛星可以由地面實時操控不同，制動捕獲過程中，探測器距離地球1.92億公里，地球與探測器之間數據通信的單向時間延遲超過10.7分鐘，探測器必須完全依靠自身完成發動機點火和關機，克服發動機點火期間的擾動，實現點火方向和點火時長的精確控制。
“在失去地面實時測控的環境下，我們唯有通過方案設計，充分考慮發動機推力存在偏差、探測器質心不斷變化等情況，全自主執行精確軌道控制；再通過多因素組合的測試和仿真分析，讓控制方案更加健壯可靠。”航天科技集團八院環繞器副總設計師朱慶華說。
泊車：多軌調整，減速完成泊車
“天問一號”火星探測器由環繞器與著陸巡視器組成，為了保證著陸巡視器順利完成火星著陸，“天問一號”需要進行多軌調整，不斷進行軌道和速度的變動，通過復雜的軌道控制來保證“泊車”。
完成火星捕獲后，“天問一號”進入到環火軌道，在遠火點進行一次平面機動，調整飛行的軌道傾角，為后續“泊車”工作審時度勢、奠定基礎。當回到近火點時，它就要慢踩剎車，準備更換線路，邁入到停泊調相軌道，對軌道周期進行相應調整，以保證軌跡經過預定的著陸點。
當“天問一號”在停泊調相軌道上再次到達近火點時，需要進行第三次剎車，進入停泊軌道，并在該軌道上進行多次維持，對著陸區進行拍攝成像，選擇合適的位置，完成“泊車”的最后一步。
經過幾個月的詳細觀察與調整后，環繞器將實施火星之旅的關鍵動作——器器分離。
在約3個小時內，環繞器需要變軌到危險的撞擊火星軌道，建立并保持著陸器進入火星大氣所需要的姿態（姿態誤差小于0.01度）。在預定分離時刻，環繞器與著陸器必須完成分離，經過安全距離飄飛過程后，環繞器需要迅速完成推力加速，以回到安全的環繞火星軌道。
航天科技集團有限公司八院火星探測GNC（制導、導航和控制系統）團隊從20世紀70年代的美國海盜號火星探測器開始，研究了目前國際上所有的火星探測器，并對國外的失敗和成功案例進行了深入剖析。“我們對火星探測全過程反復推演，可以說已經將能想到的所有可能情況都考慮了進去，并通過各種可能事件的組合來測試我們的方案和產品。”GNC系統主任設計師聶欽博說。
