科學(xué)大爆炸

　　中國(guó)第一輛火星車開(kāi)始巡視探測(cè)之旅——

　　“祝融”踏上“熒惑”

　　5月22日10時(shí)40分，中國(guó)第一輛火星車“祝融號(hào)”安全駛離著陸平臺(tái)，成功“打卡”火星表面。

　　所謂火星車，就是在火星著陸并用于火星探測(cè)的可移動(dòng)探測(cè)器，是人類發(fā)射到火星表面并進(jìn)行巡視探測(cè)的一種“特殊車輛”。如今，這里第一次迎來(lái)了中國(guó)的火星車——祝融號(hào)。

　　當(dāng)天下午，國(guó)家航天局發(fā)布“祝融號(hào)”火星車攜帶的前避障相機(jī)和后避障相機(jī)拍攝的駛離著陸平臺(tái)過(guò)程，這些最新的火星表面影像，讓全世界共同見(jiàn)證：“祝融號(hào)”終于踏上“熒惑”，開(kāi)啟巡視探測(cè)之旅。

　　“祝融號(hào)”這幾天在忙啥，傳個(gè)圖為何那么久？

　　早在5月15日，天問(wèn)一號(hào)任務(wù)著陸巡視器就已成功軟著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，“祝融號(hào)”火星車建立了對(duì)地通信。

　　不過(guò)，直到5月19日，國(guó)家航天局才對(duì)外發(fā)布我國(guó)首次火星探測(cè)天問(wèn)一號(hào)任務(wù)探測(cè)器著陸過(guò)程兩器分離和著陸后火星車拍攝的影像。圖像中，著陸平臺(tái)和“祝融號(hào)”火星車的駛離坡道、太陽(yáng)翼、天線等機(jī)構(gòu)展開(kāi)正常到位。

　　那么，“祝融號(hào)”這幾天到底在忙啥，所攝火星影像圖為何4天才傳回？國(guó)家航天局探月與航天工程中心深空部部長(zhǎng)耿言對(duì)此進(jìn)行了解讀——

　　火星與地球的最遠(yuǎn)距離約4億公里，而無(wú)線電波是以光速傳播，信號(hào)能量的衰減與傳播距離的平方是成正比的。“祝融號(hào)”火星車現(xiàn)在距離地球約3.2億公里，“實(shí)在太遠(yuǎn)了，即使扯著嗓子一直喊，地球也只能收到很少的數(shù)據(jù)，慢得不行，只能把最重要的信息傳回來(lái)。”

　　“祝融號(hào)”火星車配置了兩種通信方式，一是直接與地球通信，二是通過(guò)天問(wèn)一號(hào)環(huán)繞器中繼，與地球通信。5月15日當(dāng)天一著陸，“祝融號(hào)”火星車就直接向家人報(bào)告“我已著陸，感覺(jué)良好”。

　　耿言說(shuō)，這之后，“祝融號(hào)”火星車用隨身攜帶的相機(jī)拍了一些照片。不過(guò)要是直接發(fā)回地球，理論上也需要8個(gè)多小時(shí)。由于火星的自轉(zhuǎn)，每天“祝融號(hào)”火星車能和地球直接通信的時(shí)間不到半個(gè)小時(shí)，所以就舍棄了直接向地球傳輸圖像的功能。

　　因此，“祝融號(hào)”火星車要等著環(huán)繞器的中繼，后者塊頭大，嗓門也大，向地球傳輸數(shù)據(jù)比“祝融號(hào)”要快得多。5月17日，環(huán)繞器進(jìn)入中繼軌道，隨后和“祝融號(hào)”火星車建立了通信聯(lián)系。

　　耿言表示，環(huán)繞器環(huán)繞火星一圈是8.2小時(shí)，因此它和“祝融號(hào)”很多時(shí)候都是被火星這個(gè)大家伙擋著，所以“祝融號(hào)”要在有中繼的寶貴時(shí)間，先把一些自身狀態(tài)的重要數(shù)據(jù)傳回來(lái)，之后再傳圖像。

　　目前，“祝融號(hào)”正在開(kāi)展駛離著陸平臺(tái)的準(zhǔn)備工作，將擇機(jī)駛上火星表面，開(kāi)始巡視探測(cè)。后續(xù)，它將和環(huán)繞器密切配合，不僅要拍下火星的風(fēng)景，還要用它攜帶的6臺(tái)科學(xué)載荷，對(duì)火星進(jìn)行深入探測(cè)，把更多的數(shù)據(jù)傳回來(lái)給科學(xué)家研究——這可是比拍照更重要的事。

　　設(shè)計(jì)壽命90個(gè)火星日，如何更好地活下去？

　　據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)五院火星探測(cè)器副總師賈陽(yáng)介紹，“祝融號(hào)”具有4大主要功能：一是能夠承受整個(gè)任務(wù)過(guò)程中的力學(xué)、熱、輻射等空間環(huán)境；二是落火后火星車與進(jìn)入艙配合完成釋放、分離任務(wù)；三是在火晝時(shí)完成火面感知、探測(cè)、移動(dòng)等工作，在火夜時(shí)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，也就是“一夜好夢(mèng)”；四是能夠適應(yīng)火面環(huán)境，具有自主休眠喚醒能力。

　　他向記者透露：按任務(wù)要求，“祝融號(hào)”擁有90個(gè)火星日(一個(gè)火星日約為一個(gè)地球日——記者注)的設(shè)計(jì)壽命。

　　“火星距離地球最遠(yuǎn)距離長(zhǎng)達(dá)4億公里遠(yuǎn)，科研人員無(wú)法對(duì)登陸火星車進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控，所以‘祝融號(hào)’基本以自主工作為主。”賈陽(yáng)說(shuō)，按照火星日進(jìn)行工作規(guī)劃，“祝融號(hào)”將進(jìn)行長(zhǎng)距離自主移動(dòng)，并以中繼通信作為主要遙控、遙測(cè)、數(shù)傳手段。

　　火星表面的環(huán)境極其惡劣。賈陽(yáng)說(shuō)，火星大氣表層光照強(qiáng)度大約是月球表面的三分之一；火星大氣吸收太陽(yáng)光藍(lán)綠光，容易造成光譜紅偏；而火星沙塵沉積將影響太陽(yáng)電池陣發(fā)電，為此，研制團(tuán)隊(duì)專門針對(duì)光照、沙塵等情況，設(shè)計(jì)了蝶形四展太陽(yáng)翼，配置了特殊的電池等。

　　他告訴記者，為了應(yīng)對(duì)火星表面的沙塵暴天氣，火星車可根據(jù)沙塵天氣的輕重程度自主轉(zhuǎn)入到最小工作模式、休眠模式或喚醒模式。

　　賈陽(yáng)說(shuō)，火星表面氣壓大約是地球大氣的1%，火星表面溫度白天時(shí)最高溫度大約27攝氏度，晚上最低溫度大約零下130攝氏度，為了應(yīng)對(duì)火面的低氣壓以及晝夜溫差，研制團(tuán)隊(duì)為火星車配置了兩套集熱器，并采用了納米氣凝膠保溫；此外，還開(kāi)展了低氣壓放電試驗(yàn)。

　　“火星表面巖石分布密度大約是月球表面的兩倍，其土壤的物理、力學(xué)特性雖然與月壤類似，但存在因侵蝕導(dǎo)致的表層土壤堅(jiān)硬、里層土壤松軟的情況。”賈陽(yáng)說(shuō)，研制團(tuán)隊(duì)對(duì)此采用了主動(dòng)懸架設(shè)計(jì)并開(kāi)展了內(nèi)場(chǎng)下陷脫困試驗(yàn)，通過(guò)主動(dòng)懸架構(gòu)型的變化，“祝融號(hào)”可以實(shí)現(xiàn)抬輪和蠕動(dòng)，便于車輪下陷后脫困。

　　他告訴記者，火星表面弱光照、低溫、地火通信嚴(yán)重受限、地面通過(guò)性差以及不可預(yù)估的沙塵天氣是阻礙火星車生存及完成巡視探測(cè)的主要困難，為闖過(guò)這些難關(guān)，研制人員開(kāi)展了自主及故障容限設(shè)計(jì)，確保了火星車能夠有效應(yīng)對(duì)嚴(yán)酷的環(huán)境和任務(wù)約束。

　　在火星“爬坡下坎”，都將探測(cè)什么？

　　火星表面地形復(fù)雜，“祝融號(hào)”火星車如何準(zhǔn)確傳遞運(yùn)動(dòng)指令，進(jìn)而靈活行走、“爬坡下坎”？

　　“這一切離不開(kāi)火星車移動(dòng)分系統(tǒng)核心傳動(dòng)部件——懸架減速自鎖裝置的支持。沒(méi)有它，火星車就如斷線的風(fēng)箏。”中國(guó)航天科工集團(tuán)所屬航天江南群建精密公司項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人賀志斌說(shuō)。

　　這次為“祝融號(hào)”保駕護(hù)航的火星車懸架減速自鎖裝置，由賀志斌所在的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)承擔(dān)研制。

　　他打了一個(gè)比方：如果將“祝融號(hào)”火星車比作一輛“馬車”，那么懸架減速自鎖裝置就是這架“馬車”忠誠(chéng)的“馬車夫”。

　　具體來(lái)看，“祝融號(hào)”火星車左右兩側(cè)的懸架上分別裝備了兩種結(jié)構(gòu)精密的懸架減速自鎖裝置，其中夾角調(diào)節(jié)用減速裝置、離合器機(jī)構(gòu)用減速裝置各兩臺(tái)。

　　這一裝置不僅體型小，而且重量輕，每臺(tái)約重250克。整套傳動(dòng)裝置相互配合，使火星車6個(gè)行走車輪獨(dú)立實(shí)現(xiàn)抬升和降落，實(shí)現(xiàn)車體姿態(tài)和高低調(diào)節(jié)，以適應(yīng)火星表面地形地貌，保證爬坡下坎行動(dòng)自如。

　　賀志斌說(shuō)，在天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器飛往火星7個(gè)多月的漫長(zhǎng)旅途中，“祝融號(hào)”火星車懸架減速自鎖裝置要在空間和體積的嚴(yán)格控制下，滿足高強(qiáng)度沖壓、極寒高溫等多方面的苛刻要求。這對(duì)產(chǎn)品的材料和性能提出了考驗(yàn)。

　　賀志斌說(shuō)，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)累計(jì)組織3次大型論證研討會(huì)、內(nèi)部技術(shù)研討會(huì)10余次，開(kāi)展臺(tái)架跑合試驗(yàn)60余臺(tái)次，開(kāi)展熱處理工藝驗(yàn)證32爐次，開(kāi)展低溫環(huán)境模擬試驗(yàn)18爐次，驗(yàn)證潤(rùn)滑方案5種……終于在項(xiàng)目模樣轉(zhuǎn)初樣階段前探索出了合理的技術(shù)實(shí)施方案。

　　他告訴記者，在攻關(guān)團(tuán)隊(duì)看來(lái)，只有每一道工序都通過(guò)有效驗(yàn)證，產(chǎn)品的精度和性能才能做到萬(wàn)無(wú)一失。在熱處理方面，技術(shù)人員通過(guò)反復(fù)多次試驗(yàn)，找出變形規(guī)律，找到變形最小參數(shù)。為使產(chǎn)品性能達(dá)到要求，一個(gè)產(chǎn)品要進(jìn)行幾十次甚至上百次的試驗(yàn)，最終確定工藝方案。

　　“認(rèn)識(shí)一個(gè)新的事物就是試錯(cuò)的過(guò)程，航天卻不給你很多機(jī)會(huì)去試錯(cuò)。”賀志斌說(shuō)，火星探測(cè)任務(wù)的重頭戲之一就是火星表面巡視，這個(gè)過(guò)程必須萬(wàn)無(wú)一失。

　　那么，“祝融號(hào)”到火星表面去探測(cè)什么？

　　長(zhǎng)期以來(lái)，人們最關(guān)心的是火星上是否存在生命，這成為當(dāng)前火星探測(cè)的熱門問(wèn)題。專家分析，烏托邦平原很可能是火星遠(yuǎn)古海洋的所在地，而“祝融號(hào)”的著陸地點(diǎn)，位于古海洋和古陸地的交界處。1976年9月，美國(guó)“海盜二號(hào)”火星探測(cè)器也曾降落于此，并發(fā)回了霜凍現(xiàn)象的照片。

　　最新的科學(xué)探測(cè)發(fā)現(xiàn)，在火星烏托邦平原距離地面1到10米的淺表底層下方有大量地下水冰存在，儲(chǔ)水量相當(dāng)于地球面積最大的淡水湖——蘇必利爾湖。火星地下有水，是否意味著火星存在或存在過(guò)生命？是否意味著火星是地球人的未來(lái)？這些問(wèn)題都有待“祝融號(hào)”在烏托邦平原這片神奇之地做進(jìn)一步解答。

　　賈陽(yáng)說(shuō)，“祝融號(hào)”火星車身上的科學(xué)載荷有五大使命，主要涉及火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結(jié)構(gòu)等研究，將給我國(guó)帶來(lái)火星的第一手資料。其中，與氣象有關(guān)的研究項(xiàng)目將收集有關(guān)溫度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向的大氣數(shù)據(jù)，并研究火星的磁場(chǎng)和重力場(chǎng)，這些也將解答大眾對(duì)火星的好奇。

　　現(xiàn)在，“祝融號(hào)”火星車正在火星表面“爬坡下坎”，期待它給人類帶來(lái)新的發(fā)現(xiàn)。

　　中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)

　　2021年05月25日 12 版