互动科普

寻找轨道！

入轨失败之后，如果继续维持这样的轨道（维持惯性飞行的情况下），拂晓号将在2016年底再度与金星会合，这意味着还有再次入轨的机会。不过，再次入轨仍然需要进行逆向喷射。

2011年9月对拂晓号主发动机进行了检查，发现推力只有原本的1/9。而且，如果继续强行使用的话，存在故障进一步加剧的可能性，到时难以控制。因此，项目组打消了使用主发动机的念头，大胆而无奈地改用姿态控制发动机。考虑到拂晓号的寿命，需要提前与金星会合，为此在2011年11月运用姿态控制发动机进行了3次轨道调整。

运行团队积极地进行拂晓号2015年入轨的准备，未曾想到新的问题继而出现：尽管在2015年11月22日再次会合时可以进入环绕轨道，却无法进入稳定的“逆行轨道”。

这个逆行轨道是指从金星的北极俯视时顺时针方向的轨道。虽然金星的公转方向与其他行星一样都是逆时针，但是自转方向却是顺时针。金星的大气伴随着金星的自转产生顺时针方向的风（超级气旋）。

拂晓号的一个重要任务便是连续观测金星大气的运动。为此，拂晓号环绕的方向也要跟金星的自转（大气的流动）方向一致。因为只有朝相同方向移动，才有可能锁定目标并连续观测特定位置的大气运动。

但是，如果2015年11月22日入轨，拂晓号就将在进入逆行轨道后数十天落在金星上。这是由于太阳引力的影响（摄动），拂晓号的“近金点”（距离金星最近的地点）的高度将变低。当然，根据拂晓号和金星以及太阳的位置关系，因为摄动而受到使拂晓号的近金点高度抬升的力的情况也理应存在。但是，通过对各种入轨线路的计算，并没有在逆行轨道上发现稳定的轨道。

因此，运行团队又对再次会合之前的轨道调整进行了探讨，再次会合的时间也将因此而稍微变更。环绕轨道除了应为“逆行轨道”之外，还需满足另外几个条件。比如，进入“日影”（金星的阴影）的时间不能持续90分钟以上。因为拂晓号的电力由太阳能发电来供应，在进入日影之时，只能依靠蓄电池来续航，而电池只能维持运行90分钟。

远金点（距离金星最远的地点）的高度也非常重要。拂晓号在发射之时被预设为进入近金点约300千米、远金点约8万千米的椭圆轨道。但是由于主发动机的故障，想要进入这个轨道显然是非常困难的。如果减速不足，远金点将会更高，从而使椭圆轨道变得非常极端。

想要减小远金点的高度，就有必要在进入环绕轨道之时以及之后进行减速。但是如果为了减速而将燃料尽数使用的话，此后观测所需的燃料就会不足。另一方面，从观测金星的角度来看，又要尽可能地使远金点的高度降低而接近起初设定的约8万千米。

反复探索入轨方案

在逆行轨道上，进入日影不超过90分钟，不能落到金星上，远金点尽量降低……承担轨道计算任务的4人每天都要大量地计算轨道方案。JAXA的广濑史子主任研究员作为其中一员在入轨成功后的记者见面会上回顾道：“有着数不尽的方案，我们每个人都研究了数万条轨道，只为探寻可行的轨道。”

经过对超过10万条轨道的计算，终于在2013年找到了有望入轨的方法。关键就是拂晓号一旦赶超金星就将行进到金星的外侧，在那之后金星追上来之时，拂晓号从金星外侧（太阳的对面）进入环金星轨道的那个点。经过这样的路线进入环金星轨道，可以满足所有必需的要求。

就这样，2015年7月进行了最后的轨道调整，再次会合的时间出现变更。终于在12月7日，迎来了文章开头的一幕，拂晓号完成了可以称为奇迹的环绕轨道入轨。失败的噩梦已过去5年，运行团队凭借执着上演了惊天大逆转。 

（本文发表于《科学世界》2016年第5期）