天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？

2300多年前，愛國(guó)詩人屈原仰望星空，賦詩《天問》向世界萬物提出177個(gè)問題，表達(dá)了中華民族追求真理的堅(jiān)韌與執(zhí)著。

2300多年后，中國(guó)航天人用實(shí)踐探尋自然和宇宙空間的奧秘，將行星探測(cè)任務(wù)命名為“天問”系列，寓意追求科學(xué)創(chuàng)新永無止境。

十年磨一劍。2020年7月23日12時(shí)41分，我國(guó)首顆火星探測(cè)器天問一號(hào)成功發(fā)射。在經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月、累計(jì)202天、4.75億公里的漫長(zhǎng)飛行之后， 天問一號(hào)于2021年2月10日19時(shí)52分，精準(zhǔn)實(shí)施近火制動(dòng)捕獲，中國(guó)航天探測(cè)器首次到達(dá)火星。

5月15日7時(shí)18分，天問一號(hào)探測(cè)器成功在火星烏托邦平原南部軟著陸，中國(guó)成為世界上第二個(gè)成功將探測(cè)器送上火星的國(guó)家。

中共中央總書記、國(guó)家主席、中央軍委主席習(xí)近平在賀電中指出，天問一號(hào)探測(cè)器著陸火星，邁出了我國(guó)星際探測(cè)征程的重要一步，實(shí)現(xiàn)了從地月系到行星際的跨越，在火星上首次留下中國(guó)人的印跡，這是我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的又一具有里程碑意義的進(jìn)展。

《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者 賈璇|攝

早在嫦娥一號(hào)任務(wù)取得圓滿成功之后，業(yè)內(nèi)專家即開始謀劃我國(guó)深空探測(cè)后續(xù)發(fā)展。打頭陣的天問一號(hào)探測(cè)器奔向何方？

2010年8月，8位院士聯(lián)名向國(guó)家建議，開展月球以遠(yuǎn)深空探測(cè)的綜合論證，國(guó)家有關(guān)部門立即組織專家組進(jìn)行了發(fā)展規(guī)劃和實(shí)施方案論證，多位院士、專家團(tuán)隊(duì)積極參與論證工作，對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行了三輪迭代和深化。2016年1月，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)經(jīng)黨中央、國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)立項(xiàng)。

我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)起步雖晚，但起點(diǎn)高、跨越大，從立項(xiàng)伊始就瞄準(zhǔn)當(dāng)前世界先進(jìn)水平確定任務(wù)目標(biāo)，明確提出在國(guó)際上首次通過一次發(fā)射，完成“環(huán)繞、著陸、巡視探測(cè)”三大任務(wù)。

中國(guó)深空探測(cè)晚起步，但起點(diǎn)高，底氣何來？

截至6月6日，祝融號(hào)火星車在火星表面已工作23個(gè)火星日，開展環(huán)境感知、火面移動(dòng)、科學(xué)探測(cè)，所有科學(xué)載荷設(shè)備均已開機(jī)工作，獲取科學(xué)數(shù)據(jù)。環(huán)繞器運(yùn)行在周期8.2小時(shí)的中繼軌道，為火星車科學(xué)探測(cè)提供中繼通信。

6月7日，國(guó)家航天局發(fā)布我國(guó)首次火星探測(cè)天問一號(hào)任務(wù)著陸區(qū)域高分影像圖。圖像中天問一號(hào)著陸平臺(tái)、祝融號(hào)火星車及周邊區(qū)域情況清晰可見。

首次火星探測(cè)任務(wù)于2016年1月經(jīng)黨中央、國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)立項(xiàng)，由國(guó)家航天局組織實(shí)施。具體由工程總體和探測(cè)器、運(yùn)載火箭、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控、地面應(yīng)用等五大系統(tǒng)組成。

天問一號(hào)探測(cè)器對(duì)火星表面進(jìn)行科學(xué)探索高清示意圖

天問一號(hào)火星探測(cè)器的環(huán)繞器和著陸巡視器分離高清示意圖

由“祝融號(hào)”火星車拍攝的“著巡合影”影像圖。圖片來源：國(guó)家航天局

“中國(guó)印跡”圖，是火星車行駛到著陸平臺(tái)東偏南60°方向約6米處，拍攝的著陸平臺(tái)影像圖。圖片來源：國(guó)家航天局

此次任務(wù)，工程總體單位為國(guó)家航天局探月與航天工程中心，中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制運(yùn)載火箭系統(tǒng)，中國(guó)空間技術(shù)研究院和上海航天技術(shù)研究院抓總研制探測(cè)器系統(tǒng)。中國(guó)衛(wèi)星發(fā)射測(cè)控系統(tǒng)部負(fù)責(zé)組織實(shí)施發(fā)射、測(cè)控。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)抓總研制地面應(yīng)用系統(tǒng)，負(fù)責(zé)科學(xué)數(shù)據(jù)接收、處理、存儲(chǔ)管理等工作。

近日，《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者獨(dú)家對(duì)話天問一號(hào)火星環(huán)繞器副總指揮、上海航天技術(shù)研究院褚英志及其團(tuán)隊(duì)骨干，探訪我國(guó)首次探火任務(wù)背后的故事。

和藍(lán)色地球最相似的橙色火星

“我們探測(cè)火星可以探尋太陽系行星起源和演化等問題，可以更好地了解地球，同時(shí)也在宇宙中尋找第二家園?！瘪矣⒅緦?duì)《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》說。

在太陽系八大行星中，藍(lán)色地球與太陽的距離第三近，橙色火星離太陽第四近。地球和火星這對(duì)“鄰居”之間，距離最遠(yuǎn)時(shí)約4億千米，最近時(shí)約5600萬千米。

火星半徑約為地球的一半，重力為地球的38%。盡管面積較小，但火星的陸地面積約等于地球各大洲的表面積。這意味著，至少從理論上講，火星具有相同數(shù)量的可居住土地。

多年來，火星都是人類深空探測(cè)的熱點(diǎn)。從20世紀(jì)60年代開始，人類共實(shí)施了45次火星探測(cè)任務(wù)。除月球之外，火星是最受關(guān)注的天體。

在太陽系中，火星和地球最為相似。兩者自轉(zhuǎn)周期相似，一個(gè)火星日約為24小時(shí)39分鐘。兩者一樣有四季更迭。

火星上存在大氣、水、各種礦藏和氧化物。

現(xiàn)在掌握的火星情況可以為我們提供一個(gè)參考依據(jù)，這對(duì)認(rèn)識(shí)地球的過去、現(xiàn)在和未來，有著不可替代的作用。

“經(jīng)過探測(cè)我們發(fā)現(xiàn)，早前在火星表面發(fā)現(xiàn)水的區(qū)域，現(xiàn)在是荒漠，這樣的變化可以給地球的演變提供參考，甚至讓我們提前知道地球的未來。” 褚英志說。

三國(guó)同臺(tái)競(jìng)技場(chǎng)—— “探測(cè)器墳場(chǎng)”

盡管人類對(duì)火星向往已久，但火星探測(cè)并非易事?；鹦潜环Q為“探測(cè)器墳場(chǎng)”，在人類向火星發(fā)起的45次挑戰(zhàn)中，成功率僅為40%。

褚英志向《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》介紹，探火任務(wù)的超高難度，首先來自遠(yuǎn)距離?！跋鄬?duì)于月球，火星和地球之間的距離更遠(yuǎn)。目前，天問一號(hào)在距離地球大約3.5億公里的地方，是地球到月球距離的100多倍。”

天問一號(hào)火星環(huán)繞器副總指揮、上海航天技術(shù)研究院褚英志?！吨袊?guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者 王雨菲|攝

其次，難度來自溫度的變化。褚英志解釋說，火星在最低軌道上的光照強(qiáng)度為500多瓦每平方米，僅為地球軌道的一半還不到?！疤綔y(cè)器從地球出發(fā)，相當(dāng)于離太陽又遠(yuǎn)了，接收到的陽光也會(huì)逐漸變少。探測(cè)器在遠(yuǎn)赴火星的過程中，像從穿T恤的環(huán)境去了需要穿羽絨服的地方?！?/p>

同時(shí)，光強(qiáng)變?nèi)跻惨馕吨l(fā)電能力減少。“飛行器接收到的光強(qiáng)會(huì)從約1350瓦降到500瓦，減少了一半還多，這種條件下，飛行器還要能夠有效發(fā)電，發(fā)足夠的電。”

此外，飛行器還要面對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)等無法提前預(yù)知的各種問題。單粒子翻轉(zhuǎn)指宇宙中單個(gè)高能粒子射入半導(dǎo)體器件靈敏區(qū)，使器件邏輯狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

值得注意的是，探測(cè)器到達(dá)火星后，在其表面著陸的難度非常大?；鹦谴髿庀”∏沂芗竟?jié)、夜晝、火星風(fēng)暴等影響，非常不穩(wěn)定;火星表面地形復(fù)雜，遍布巖石、斜坡、溝壑等障礙物;火星塵暴也較地球更為嚴(yán)重。這些因素都會(huì)給著陸火星帶來很大風(fēng)險(xiǎn)。

曾有人比喻稱，要讓探測(cè)器在火星精準(zhǔn)著陸，相當(dāng)于從法國(guó)巴黎擊出高爾夫球，落在日本東京的一個(gè)洞里。

2020年7月，火星探測(cè)時(shí)隔26個(gè)月后再次迎來發(fā)射窗口期。來自3個(gè)國(guó)家的3臺(tái)火星探測(cè)器相繼升空，奔向火星。它們分別是中國(guó)的天問一號(hào)、美國(guó)的毅力號(hào)和阿聯(lián)酋的希望號(hào)，這也被稱為三國(guó)火星探測(cè)器同臺(tái)競(jìng)技。

此次，希望號(hào)的目標(biāo)是環(huán)繞火星研究火星大氣，而天問一號(hào)和毅力號(hào)的目標(biāo)都是登陸火星。2021年2月，希望號(hào)與天問一號(hào)進(jìn)入環(huán)火軌道，毅力號(hào)成功降落火星表面。

在談及三國(guó)航天器同場(chǎng)競(jìng)技時(shí)，褚英志自信地說：“我們能在3個(gè)國(guó)家同時(shí)進(jìn)行火星探測(cè)時(shí)，這么圓滿地完成任務(wù)，得益于國(guó)家整體科研技術(shù)水平的提升?！?h4>從“搭車”去火星到自主深空探測(cè)

據(jù)介紹，在此次獨(dú)立開展探火任務(wù)之前，我國(guó)曾以國(guó)際交流合作的形式，嘗試“搭車”去火星，而褚英志正是我國(guó)兩次探火任務(wù)的親歷者。

2011年11月8日，中國(guó)研制的螢火一號(hào)探測(cè)器和俄羅斯的“福布斯-土壤”探測(cè)器一起搭乘俄羅斯運(yùn)載火箭向火星進(jìn)軍。

任務(wù)中，“福布斯-土壤”探測(cè)器未能按計(jì)劃進(jìn)行變軌，隨后俄航局宣布放棄獲取探測(cè)器信號(hào)的嘗試，任務(wù)以失敗告終。

此后，我國(guó)決心自主開展火星探測(cè)任務(wù)。褚英志說：“我們從設(shè)計(jì)之初，就本著獨(dú)立自主、自力更生的原則。天問一號(hào)上的單機(jī)絕大部分都是國(guó)產(chǎn)。這充分體現(xiàn)了我們國(guó)家航天領(lǐng)域在元器件、原材料、裝備加工等方面都具備了一定能力，達(dá)到了一定的水平?！?/p>

天問一號(hào)是我國(guó)第一個(gè)火星探測(cè)器，將對(duì)火星進(jìn)行首次環(huán)繞、著陸和巡視，主要任務(wù)即為“繞、著、巡”。一般來說，三步驟任務(wù)會(huì)被分開進(jìn)行，以降低難度。在深空探測(cè)領(lǐng)域提前起步幾十年的美國(guó)，不止嘗試過在一次任務(wù)中進(jìn)行火星著陸和巡視探測(cè)。我國(guó)首次獨(dú)立探火就三步一氣呵成，難度被稱為是“殿堂級(jí)別”。

為滿足任務(wù)要求，天問一號(hào)由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，功能上更是身兼數(shù)職。

環(huán)繞器在太空“分飾多角”，具備三大功能，分別為：飛行器、通信器和探測(cè)器。著陸巡視器由進(jìn)入艙和祝融號(hào)火星車組成。進(jìn)入艙負(fù)責(zé)火星進(jìn)入、下降和著陸任務(wù);火星車配置了多種科學(xué)載荷，在著陸區(qū)開展科學(xué)巡視探測(cè)。

在探火過程中，天問一號(hào)主要包括6個(gè)飛行階段：發(fā)射段、地火轉(zhuǎn)移段、火星捕獲段、火星停泊段、離軌著陸段和科學(xué)探測(cè)段。

其中，“繞”主要由環(huán)繞器承擔(dān)，它與著陸巡視器分離后繼續(xù)環(huán)繞火星飛行，將探測(cè)火星土壤、表面和地下水冰，火星的地形地貌，調(diào)查和分析火星表面物質(zhì)成分等。此外，環(huán)繞器還要為火星車提供通信支持。

“著”和“巡”由著陸器和火星車承擔(dān)。著陸后，火星車將對(duì)著陸區(qū)的地形地貌、巖石成分以及環(huán)境氣候進(jìn)行探測(cè)，依次開展對(duì)著陸點(diǎn)全局成像、自檢、駛離著陸平臺(tái)，并進(jìn)行巡視探測(cè)。

據(jù)褚英志向《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》介紹，天問一號(hào)環(huán)繞器上產(chǎn)品由1700余種、56000多只元器件組成，絕大多數(shù)都是自主研發(fā)的“國(guó)貨”，有的元器件還是第一次在深空探測(cè)的飛行器上應(yīng)用。

天問一號(hào)為何比毅力號(hào)早出發(fā)7天，卻晚85天落火？

在此次火星探測(cè)窗口期內(nèi)，共有來自3個(gè)國(guó)家的3臺(tái)火星探測(cè)器相繼升空，奔向火星。它們分別是中國(guó)的天問一號(hào)、美國(guó)的毅力號(hào)和阿聯(lián)酋的希望號(hào)。

從發(fā)射時(shí)間上看，美國(guó)NASA的毅力號(hào)比我國(guó)的天問一號(hào)晚出發(fā)7天，但其在2021年2月19日，即到達(dá)火星的當(dāng)天直接成功登陸火星。5月15日，天問一號(hào)成功著陸。明明早出發(fā)7天，卻晚到達(dá)85天，這是為什么？

“這是從整個(gè)任務(wù)的角度考慮的。這是我國(guó)第一次探索火星，形象地來說，我們?cè)诘竭_(dá)后要先看看路。” 褚英志介紹，我國(guó)預(yù)選在火星表面的著陸區(qū)，是根據(jù)天文界研究成果以及國(guó)外對(duì)火星成像的照片來選擇的，選擇的時(shí)候其實(shí)我們還沒有第一手資料。

為了給著陸巡視器落火“看清楚路”，環(huán)繞器對(duì)預(yù)選著陸區(qū)開展了多維度探測(cè)，一方面探測(cè)地形地貌，選擇地形平坦無障礙的地方;另一方面靜候“天機(jī)”觀天象，獲取著陸區(qū)附近區(qū)域的氣象狀況。

褚英志進(jìn)一步解釋：“環(huán)繞器要對(duì)我們的著陸區(qū)進(jìn)行從北到南、覆蓋性的觀測(cè)，這種觀測(cè)要進(jìn)行很多次，方便進(jìn)行對(duì)比，要看這個(gè)區(qū)域是否存在沙塵暴，沙塵暴的運(yùn)動(dòng)速度和方向，等等?！?/p>

由于火星車采用太陽能帆板的形式供電，大量沙塵會(huì)覆蓋在太陽能電池片的表面，降低發(fā)電效率甚至導(dǎo)致發(fā)電能力喪失?；鹦潜砻婷磕甓紩?huì)形成幾場(chǎng)大沙塵暴，歷史上就有探測(cè)器因抵達(dá)火星時(shí)趕上沙塵暴，最終沒能順利展開工作。對(duì)火星車來說，失去能源供應(yīng)無疑是致命的。

同時(shí)，沙塵暴可能改變著陸巡視器下降過程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，影響著陸過程的安全性。沙塵粒子可能會(huì)附著在探測(cè)器表面，甚至鉆入內(nèi)部，造成儀器設(shè)備故障。因此，環(huán)繞器提前探測(cè)預(yù)選著陸區(qū)，是至關(guān)重要的。

此外，環(huán)繞器還要對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)飛行器上相機(jī)的成像效果。

據(jù)介紹，環(huán)繞器搭載了中分辨率和高分辨率兩種相機(jī)。高分辨率相機(jī)拍攝的照片像素高，受數(shù)據(jù)傳輸限制，大像素照片不能拍攝大范圍的區(qū)域。此時(shí)，就需要利用中分辨率相機(jī)作為補(bǔ)充。一旦發(fā)現(xiàn)值得探尋的區(qū)域，再利用高分辨率相機(jī)具體拍攝。

“其實(shí)，落火時(shí)間的前后是因?yàn)槿蝿?wù)設(shè)計(jì)不同。NASA在火星上空已經(jīng)有了環(huán)繞器，對(duì)著陸環(huán)境提前了解了，所以毅力號(hào)直接落火，沒有環(huán)繞的動(dòng)作。我們的天問一號(hào)環(huán)繞器‘看路是飛行程序，是既定工作，不是臨時(shí)決定的?！?/p>

據(jù)介紹，在火星車完成火星表面巡視后，環(huán)繞器將繼續(xù)工作，環(huán)繞火星并對(duì)其進(jìn)行為期687天的拍攝，通過這687天的科學(xué)觀察完成火星繞太陽轉(zhuǎn)一圈的完全周期觀測(cè)。

失聯(lián)30天的天問一號(hào)

正如上述，天問一號(hào)已經(jīng)成為火星的一顆人造衛(wèi)星，但它要面對(duì)的復(fù)雜考驗(yàn)還有很多。大約在今年9月23日至10月23日，天問一號(hào)即將因?yàn)槿樟枋?lián)30天。

日凌是太陽、衛(wèi)星和地面接收天線恰巧在一條直線上，太陽發(fā)出的強(qiáng)大的電磁輻射干擾衛(wèi)星通信的一種正常的自然現(xiàn)象。每年春分和秋分前后，太陽位于地球赤道上空，由于通訊衛(wèi)星多定點(diǎn)在赤道上空運(yùn)行，在這期間，當(dāng)太陽、衛(wèi)星、地面天線三者處于一條直線時(shí)，太陽強(qiáng)大的電磁輻射會(huì)對(duì)衛(wèi)星下行信號(hào)造成強(qiáng)烈的干擾。

在我們生活中，電視畫面偶爾短暫出現(xiàn)的圖像不清、屏幕“雪花”，甚至黑屏，其實(shí)就是受到了日凌的影響。

火星環(huán)繞器結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師王建煒?！吨袊?guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者 王雨菲|攝

天問一號(hào)火星環(huán)繞器總體副主任設(shè)計(jì)師謝攀向《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者介紹，常規(guī)的地球衛(wèi)星，不存在這么久失聯(lián)的問題，因?yàn)樗@地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽、衛(wèi)星和地面天線位于一條直線的時(shí)間比較短，但天問一號(hào)將和太陽、地球處在近似同一線上約30天。面對(duì)即將到來的長(zhǎng)時(shí)間遙測(cè)遙控中斷，數(shù)億公里外的火星探測(cè)器需要開展自主管理。

“預(yù)設(shè)的這30天里，天問一號(hào)主要維持在正常軌道，維持本身正常的狀態(tài)就可以了。這段時(shí)間內(nèi)也沒有給它規(guī)定探測(cè)任務(wù)?！?謝攀說。

但天問一號(hào)并沒有完全休息，它還要負(fù)責(zé)給自己做體檢。“比如說，當(dāng)檢測(cè)到有單機(jī)或部件出現(xiàn)問題時(shí)，天問一號(hào)要自主給故障部分隔離，同時(shí)啟用備份?！?/p>

天問一號(hào)火星環(huán)繞器結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師王建煒介紹，受火箭運(yùn)載約束，天問一號(hào)探測(cè)器總重量約為5噸，著陸巡視器約重1.3噸。相較于低軌衛(wèi)星，這個(gè)重量大了很多，也給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來難題。

設(shè)計(jì)之初，環(huán)繞器的重量設(shè)計(jì)可謂是“克克計(jì)較”。每個(gè)單機(jī)的重量都要精確到克以下，同時(shí)更不能損失可靠性。天問一號(hào)此行一共攜帶了13個(gè)科學(xué)載荷，其中7個(gè)在火星上空的環(huán)繞器上，6個(gè)分布在火星車祝融號(hào)上?！昂教炱鞯目煽渴顷P(guān)鍵，我們不能損失可靠性來減重。這方面做了很多工作，包括從材料、單機(jī)的冗余設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、燃料等方面，都做了精心設(shè)計(jì)?！?p>

天問一號(hào)火星環(huán)繞器總體副主任設(shè)計(jì)師謝攀?！吨袊?guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者 王雨菲|攝

載人登陸火星還遠(yuǎn)嗎？

天問一號(hào)火星探測(cè)器成功著陸火星，再次激發(fā)人們?nèi)セ鹦锹眯械南蛲?。?0世紀(jì)60年代開始，人們就開始對(duì)火星旅游計(jì)劃進(jìn)行了初步的普查，直到今天，普查階段基本完成。人類開啟詳查階段，對(duì)火星的局部地區(qū)開始進(jìn)行考察，這個(gè)計(jì)劃將在21世紀(jì)20年代的末期實(shí)現(xiàn)。那么，我們距離實(shí)現(xiàn)載人登陸火星還有多遠(yuǎn)？

褚英志認(rèn)為，目前來說，人類去火星的難度還是很大。首先，受飛行速度限制，人類會(huì)在軌道空間上滯留很久，“從地球出發(fā)飛過去，到了火星立刻趕下一個(gè)‘班車回來，可能就需要2～3年的時(shí)間。”

此外，航天器在奔火過程中沒有磁場(chǎng)保護(hù)，來自太陽、銀河宇宙線的輻射可以直接打到物體表面，輻射很強(qiáng)，身體性能會(huì)損失得很快。

曾經(jīng)有研究認(rèn)為，人類在30歲壯年?duì)顟B(tài)去火星，等他回來時(shí)，生理狀態(tài)或在85歲左右。“你可以把這種輻射想象成細(xì)細(xì)的沙子，始終打在你身上，而且能量很大，是可以穿過你身體的。”

此外，火星的自然條件并不適宜人類生存，其大氣壓只有地球的0.7%，而且這0.7%的大氣壓中95%以上是二氧化碳，一年中的平均溫度是零下60℃，最低氣溫是零下120℃。

對(duì)話天問一號(hào)火星探測(cè)團(tuán)隊(duì)：春節(jié)沒回家的日子

在天問一號(hào)任務(wù)中，中國(guó)空間技術(shù)研究院和上海航天技術(shù)研究院負(fù)責(zé)抓總研制探測(cè)器系統(tǒng)。近日，《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》獨(dú)家采訪了從飛控中心返回單位的火星團(tuán)隊(duì)，對(duì)話天問一號(hào)火星環(huán)繞器副總指揮、上海航天技術(shù)研究院褚英志及其團(tuán)隊(duì)骨干。

沒回家的除夕夜

在天問一號(hào)探測(cè)任務(wù)中，除發(fā)射成功外，還有多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)至關(guān)重要，其中技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)最高、技術(shù)難度最大的環(huán)節(jié)之一就是“制動(dòng)捕獲”。

火星制動(dòng)捕獲指探測(cè)器在抵近火星時(shí)，通過主發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)火，使得在行星際空間高速飛行的探測(cè)器大速度增量減速，從而能夠被火星引力場(chǎng)捕獲，進(jìn)入繞火軌道。

5月15日7時(shí)18分，“天問一號(hào)”探測(cè)器成功落火，上海航天技術(shù)研究院火星團(tuán)隊(duì)部分骨干在北京飛行控制中心合影。

制動(dòng)捕獲的機(jī)會(huì)是唯一的，關(guān)系著整個(gè)工程任務(wù)的成敗。捕獲過程中，火星環(huán)繞器需要準(zhǔn)確地進(jìn)行點(diǎn)火制動(dòng)，只有點(diǎn)火時(shí)機(jī)和時(shí)長(zhǎng)都分秒不差，才能形成理想的目標(biāo)捕獲軌道。

據(jù)公開資料顯示，此前多個(gè)國(guó)家的火星探測(cè)任務(wù)都曾在“火星捕獲段”遭遇失敗。

在天問一號(hào)制動(dòng)捕獲過程中，探測(cè)器的目標(biāo)軌道距離火星最近處僅400千米，一不留神就會(huì)撞擊火星或飛離火星。探測(cè)器與地球距離達(dá)1.92億公里，超遠(yuǎn)距離下數(shù)據(jù)通信的單向時(shí)間延遲超過10.7分鐘。為了更好保證制動(dòng)過程，天問一號(hào)必須完全依靠自身完成發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火和關(guān)機(jī)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火方向和點(diǎn)火時(shí)長(zhǎng)的精確控制。

2021年2月10日，天問一號(hào)探測(cè)器進(jìn)入近火點(diǎn)高度約400千米。環(huán)繞器3000N軌控發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火約15分鐘，把環(huán)繞器送入周期約10個(gè)地球日，傾角約10度的大橢圓環(huán)火軌道。天問一號(hào)成功被火星捕獲，成為我國(guó)第一顆人造火星衛(wèi)星。

次日，恰逢2021年的除夕夜。

“我印象中，制動(dòng)捕獲是在大年二十九，第二天大家還在一起包了餃子?！瘪矣⒅净貞浄Q，當(dāng)天問一號(hào)被火星成功捕獲，在巡視器著陸成功的那一刻，大家爆發(fā)出來的那種喜悅和歡呼最讓他難忘。

“其實(shí)，團(tuán)隊(duì)里每個(gè)人都會(huì)有困難。探火這個(gè)任務(wù)，我們準(zhǔn)備了10年。這10年里，有人選擇退出，也有人退休了。最后咬牙堅(jiān)持下來的同事，都付出了很多。這些付出確保了我們這次任務(wù)的成功?！?褚英志說。

24小時(shí)三班倒，一個(gè)班值12小時(shí)

按照天問一號(hào)任務(wù)要求，在捕獲和著陸兩個(gè)階段，上海航天技術(shù)研究院火星團(tuán)隊(duì)就進(jìn)入集中飛控階段。這意味著團(tuán)隊(duì)骨干力量要保證全天24小時(shí)跟蹤探測(cè)器。

褚英志說：“我們采用三班倒班制，一個(gè)值班時(shí)長(zhǎng)是12個(gè)小時(shí)，確保一組人可以休息?！睋?jù)介紹，環(huán)繞器團(tuán)隊(duì)主要崗位有7個(gè)，在執(zhí)行關(guān)鍵事件和動(dòng)作時(shí)，會(huì)設(shè)置“雙崗”，即14個(gè)人值班，個(gè)別崗位還要拆崗，人數(shù)最多時(shí)有16個(gè)人同時(shí)值班。

工作人員在值班的12小時(shí)里，除了喝水、吃飯和上廁所，其他時(shí)間都要面對(duì)電腦屏幕上密密麻麻的數(shù)據(jù)。當(dāng)被問到如何抵抗疲勞時(shí)，褚英志笑著回答：喝咖啡。

上海航天技術(shù)研究院火星團(tuán)隊(duì)成員在北京飛行控制中心執(zhí)行任務(wù)

記者在采訪時(shí)，看到會(huì)議室角落的書柜前，擺著行軍床。

謝攀發(fā)現(xiàn)的軌跡路線示意圖

為了讓團(tuán)隊(duì)成員在緊張的任務(wù)之余放松心情，在飛控中心和發(fā)射基地里也時(shí)常會(huì)有小活動(dòng)。“我們也會(huì)開個(gè)小型聯(lián)歡會(huì)，猜個(gè)謎語，做個(gè)游戲什么的，團(tuán)隊(duì)里的年輕人都很活躍”。

不過提到最能解壓的方式，幾位成員都表示是給家里打個(gè)電話。

中國(guó)航天人的堅(jiān)守與浪漫

“你看這個(gè)衛(wèi)星軌道像什么？”在采訪中，“天問一號(hào)”火星環(huán)繞器總體副主任設(shè)計(jì)師謝攀在同事的提醒下，給記者展示了一張衛(wèi)星軌道示意圖。據(jù)介紹，這是今年2月份，天問一號(hào)為了更好拍攝南北極，飛行軌道稍作調(diào)整后的軌跡路線示意圖。

當(dāng)日，在完成工作任務(wù)后，謝攀發(fā)現(xiàn)從某個(gè)角度來看，天問一號(hào)的軌道酷似一個(gè)心形，火星及其軌道像一枚戒指，于是特意記錄下了這個(gè)瞬間。

當(dāng)被問到是如何發(fā)現(xiàn)這樣浪漫的一幕時(shí)，謝攀略顯羞澀地說：“好久沒回家了，想安撫下家屬?！?/p>

除了用浪漫故事和美好寓意，寄托對(duì)家人的思念，航天人更用自己特殊的方式祝福任務(wù)。

有媒體探訪海南文昌發(fā)射場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在火箭發(fā)射前，一線的工作人員都要吃薄皮大餡的包子，最好還要吃兩個(gè)，寓意“包成功”和“好事成雙”，這個(gè)特殊“儀式”上的包子也被叫作“成功包”。

采訪中，褚英志表示自己所在的團(tuán)隊(duì)也有祝福的“習(xí)俗”，不過他們是擺個(gè)橙子?！拔覀?cè)谥苿?dòng)捕獲前，每個(gè)人都發(fā)個(gè)橙子，寓意‘一定成。有時(shí)候，食堂會(huì)給準(zhǔn)備‘栗子炒雞肉，寓意著‘大吉大利，圖個(gè)好彩頭?！?/p>

不過當(dāng)記者問到，栗子炒雞是否好吃時(shí)，褚英志卻說沒怎么吃過。

據(jù)介紹，在天問一號(hào)發(fā)射之前，團(tuán)隊(duì)需要提前12個(gè)小時(shí)開始準(zhǔn)備，一般沒時(shí)間吃東西。“運(yùn)載火箭在塔架上時(shí)，我們也會(huì)陪著它。發(fā)射前至少要做好幾次總檢查。天問一號(hào)是中午12點(diǎn)41分發(fā)射的，其實(shí)我們凌晨4點(diǎn)就在那里了，準(zhǔn)備工作也是從凌晨1點(diǎn)就開始了?！?褚英志說。

（本文圖片除署名外由上海航天技術(shù)研究院供圖）