2021年11月，我國“天問一號”與歐空局“火星快車”任務團隊合作，開展了“祝融號”火星車與“火星快車”軌道器在軌中繼通訊試驗，通訊距離4000公里，通訊時長10分鐘，火星快車把相應訊號傳回了地球並轉達給了中國，試驗圓滿成功。為什麼天問一號不留在那裡一邊給祝融號通訊，一邊搞研究，非要換個軌道呢？跟火星快車通訊成功意味著什麼呢？我是東城觀星，跟大家一起了解一下天問一號的軌道。
一、天問一號為什麼要切換軌道
魚和熊掌不可兼得，必須綜合考慮各種因素來設計探測器軌道。其實，天問一號的中繼軌道，並不是最佳的通訊軌道，無法做到全天候通訊，也無法確保最快的傳輸速度，要想做到全天候通訊，最好進入火星同步軌道。但是，天問一號有自己的探測任務，一旦進入同步軌道，很多工就無法完成了，因為同步軌道距離火星太遠了。
1.中繼通訊軌道
天問一號的中繼通訊軌道，設計的時候，既要考慮滿足中繼通訊的需求，給祝融號提供必要的服務，又要能自己完成一些探測任務，同時還要考慮將來進入最終工作軌道時儘量節省燃料。中繼通訊軌道最好是天迴歸軌道，每天同一個時間所在的位置一樣，這樣能最大程度確保通訊穩定，祝融號的通訊也更有規律。天問一號的軌道，剛好是一天3圈，充分考慮了通訊的穩定性。天問一號的中繼通訊軌道是一個橢圓軌道，一圈有兩個弧段可以跟祝融號進行通訊。
2.中繼軌道和遙感軌道很接近，但意義大不相同
其實中繼通訊軌道和遙感軌道差別非常小，都是橢圓軌道，近火點高度差不多，遠火點相差也不大，軌道週期也非常接近，一個週期是8.2小時，另一個週期7.8小時。這麼小的差距為什麼非要切換呢？因為中繼通訊軌道主要是為別人服務的，對自己任務考慮相對較少。而遙感軌道是完全為軌道器自己的任務特點設計的。遙感軌道，顧名思義，就是要對火星表面進行遙感探測，任務的目標是要仔細觀察整個火星表面。原來的中繼通訊軌道，是天迴歸軌道，每天同一時間都在同一個位置探測，這樣的探測覆蓋面會比較小，做不到全球探測。
換成遙感軌道，每20天一次迴歸，這樣每天近距離探測的區域都不是一樣的，再加上近火點漂移的規律，在一個火星年也就是兩年以內的時間裡，就可以實現對火星表面全覆蓋的近距離探測，實現對火星全球地質環境的研究。需要簡單解釋一下近火點漂移，正常來說探測器每次迴歸，應該回到同一個位置。但是有了漂移現象的存在，迴歸點會有偏離，這種偏移是有規律的，從南到北，再從北到南，每200天一個來回。漂移和迴歸結合起來，就可以在不到一火星年的時間裡完成對火星全表面的近距離探測。
這個遙感軌道，還有一點特別神奇，一個橢圓軌道，有時候離火星遠，有時候離火星近，當然希望近的時候多做一些研究了。但是如果軌道設計不合理，距離火星近的時候，下面是夜晚怎麼辦？那照相機就啥也看不清了，火星上夜晚是沒人開燈的。天問一號的遙感軌道設計的時候，就考慮到了這個問題，要求每次到達近火點的時候，地面的太陽高度不低於10°，也就是永遠都在白天路過最低點。怎麼樣？這個軌道設計不簡單吧？雖然跟中繼通訊軌道相差不多，但卻無法相互替代。
二、祝融號的通訊會不會受影響？
有人會擔心祝融號通訊會不會受影響？當然會受影響，而且影響還不小呢！無法保證每天都能提供穩定通訊了，通訊的時間也無法保證，穩定性也不如以前了。但是，也不會丟掉祝融號，基本通訊還是有的，只是效率下降了，祝融號無法像以前那樣全力工作了，就算它全力工作，很多資訊也無法及時傳送回地球來了。兩年後環繞器完成任務，不知道還會不會回到通訊服務軌道。
不管怎樣，祝融號的工作效率會受到通訊的影響。如果它的壽命足夠長，應該還能等到另外一顆通訊中繼衛星為它服務，畢竟中國不會只搞一次火星探測。當然還有其他方案可以選擇，比如歐空局和美國的中繼衛星，印度探測器沒有中繼通訊功能，就不必考慮了。美國雖然沒有鬆口，歐空局已經決定跟中國進行一些合作了，火星快車給祝融號提供幾次通訊中繼服務，既是試驗，也是將來長期合作的基礎。一旦達成共識，中國也有可能從歐空局購買中繼通訊服務，讓祝融號可以更好地發揮餘熱。
