2021年2月24日，中國首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器在成功實(shí)施第三次近火制動(dòng)后，進(jìn)入近火點(diǎn)280千米、遠(yuǎn)火點(diǎn)5.9萬千米、周期2個(gè)火星日的火星停泊軌道，預(yù)計(jì)將在這條軌道穩(wěn)定運(yùn)行3個(gè)月左右。那么，停泊軌道到底是什么?
停泊軌道：航天器短暫停留，更好過渡
停泊軌道并不是航天器最終飛行軌道，它是一條讓航天器在發(fā)射后駐留，以便擇機(jī)進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移的中間過渡軌道。當(dāng)然，地球有地球的停泊軌道，火星有火星的停泊軌道。
任何一個(gè)航天器都有最佳發(fā)射窗口，火箭在準(zhǔn)備時(shí)要盡力抓住這個(gè)寶貴的機(jī)會(huì)執(zhí)行航天發(fā)射任務(wù)。但受限于航天發(fā)射場(chǎng)的地理位置或最佳窗口過于狹窄等因素，即便抓住窗口后航天器依然很難一次性進(jìn)入目標(biāo)軌道，必須依賴停泊軌道進(jìn)行過渡。
人類絕大部分航天發(fā)射場(chǎng)都處于北半球中低緯度區(qū)域，和地球赤道上空的靜止軌道(緯度為0度，高度為35786千米)存在較大差距，很難直接進(jìn)入理想軌道，需要火箭和航天器不斷在近地點(diǎn)、遠(yuǎn)地點(diǎn)調(diào)整軌道傾角和軌道高度，需要數(shù)個(gè)軌道進(jìn)行過渡;對(duì)于載人航天交會(huì)對(duì)接任務(wù)亦是如此，發(fā)射后載人飛船立即與目標(biāo)空間站對(duì)接要求的發(fā)射窗口僅為1秒左右，這對(duì)于確保載人任務(wù)成功率是個(gè)極大的挑戰(zhàn)，而采用發(fā)射后先不對(duì)接、逐漸調(diào)整軌道的方式更為理想，能大幅擴(kuò)展對(duì)接窗口時(shí)間寬度。因此，火箭發(fā)射后航天員往往需要兩天時(shí)間用于“停泊”，等待最佳時(shí)機(jī)。
深空探測(cè)領(lǐng)域亦是如此。這種任務(wù)往往耗時(shí)不菲、代價(jià)巨大，為了最大限度確保任務(wù)成功率，采用停泊軌道進(jìn)行過渡是很常見的步驟。嫦娥探月、天問探火，皆是如此。
早在“嫦娥一號(hào)”任務(wù)時(shí)，停泊軌道就已經(jīng)運(yùn)用
停泊軌道的英文術(shù)語是Parking Orbit，或許用停車(Parking)作為類比說明更為直觀：瞄準(zhǔn)目標(biāo)停車位后，預(yù)選一條行車軌跡(停泊軌道)，期間“眼觀四路、耳聽八方”，邊走邊調(diào)，入庫的成功率會(huì)大大增加。
駐留期間：詳細(xì)勘探，伺機(jī)著陸火星
“天問一號(hào)”是中國首次火星探測(cè)任務(wù)，也是個(gè)高度復(fù)雜的任務(wù)，將一次性實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視三大工程目標(biāo)，以及通過13臺(tái)科學(xué)儀器對(duì)火星進(jìn)行全方位科研，任務(wù)整體難度巨大。此前中國對(duì)火星的詳細(xì)了解有限，目標(biāo)著陸區(qū)域的最新地形地貌和氣象條件等也可能相對(duì)科研成果有一定出入，著陸器/巡視器組合體也必須依賴穩(wěn)定運(yùn)行的環(huán)繞器才能成功。因而，入軌火星后必須采取分步走的策略。
“天問一號(hào)”于2月10日近火制動(dòng)、成功進(jìn)入了周期約10個(gè)地球日的低傾角大橢圓環(huán)火軌道，隨后于2月15日遠(yuǎn)火點(diǎn)機(jī)動(dòng)調(diào)整軌道傾角，成功進(jìn)入了能探測(cè)火星全球的高傾角橢圓環(huán)火軌道，然后就是本次進(jìn)入停泊軌道的操作，多個(gè)操作確保了環(huán)繞器的穩(wěn)定運(yùn)行和后續(xù)的對(duì)火觀測(cè)。
3月4日，國家航天局正式公布首批“天問一號(hào)”拍攝的全色圖像，分辨率約0.7米，成像區(qū)域內(nèi)火星表面小型環(huán)形坑、山脊、沙丘等地貌清晰可見
在目前的停泊軌道駐留階段，環(huán)繞器的7臺(tái)載荷已經(jīng)全部開機(jī)進(jìn)行初步的科學(xué)探測(cè)，實(shí)現(xiàn)地球和火星之間的穩(wěn)定通信，為未來著陸火星的巡視器提供信號(hào)中繼服務(wù)。每隔兩天時(shí)間，它抵達(dá)一次近火點(diǎn)，距離火星僅280千米左右，載荷中的中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、光譜儀等將對(duì)烏托邦平原南部等低緯度預(yù)選著陸區(qū)域的地形地貌、沙塵天氣等進(jìn)行詳查，評(píng)估火星環(huán)境和著陸時(shí)機(jī)可行性。
在經(jīng)過3個(gè)月左右的詳細(xì)勘察后，環(huán)繞器將進(jìn)行一定軌道調(diào)整并與著陸器/巡視器組合體擇機(jī)分離，后者開始獨(dú)立的約7分鐘火星著陸過程。由于火星和地球之間的漫長距離導(dǎo)致幾十分鐘通信時(shí)延，航天人不可能控制著陸過程，而必須讓著陸器全自主完成這“黑色七分鐘”旅程。