逐梦火星“天问一号”问天往事

2021-05-08陈立赵聪五轩

科学大观园 2021年9期

关键词：火星车发射场探测器

陈立　赵聪　五轩

火星，这颗人类孜孜以求探索了60年的红色星球，正一点点地被揭开神秘面纱。人类认识宇宙、认识生命的边界也在不断扩展。

2020年，中国也出发了。7月23日，长征五号踏焰而起，数亿公里的“天问”之旅开始了。这也是中国火箭飞得最快的一次。

2021年4月24日上午，在中国航天日主会场，国家航天局正式公布中国第一辆火星车命名：祝融号。

中国深空探测的起点

在“嫦娥一号”任务取得圆满成功后，中国也在谋划深空探测后续发展，火星很快进入视野。孙家栋、叶培建等院士提议要抢占先机，启动探火任务。

2010年8月，8位院士联名向国家建议：开展月球以远深空探测的综合论证。国家国防科工局立即组织专家组开展发展规划和实施方案论证。火星探测，成为中国深空探测的起点和重点。

另一方面，中国还以国际交流合作的形式，尝试“搭车”去火星。2011年11月8日，由航天科技集团八院509所研制的“萤火一号”探测器和俄罗斯的“福布斯—土壤”探测器一起搭乘俄罗斯运载火箭起飞，“萤火”取自“荧惑”谐音。但“福布斯—土壤”探测器未能按照计划变轨，隨后，欧空局方面宣布放弃获取探测器信号的尝试，任务以失败告终。

“萤火一号”出现意外之后，中国决心自主开展火星探测任务。有专家总结，中国要想实现自主深空探测，除了探测器这个“主角”，还要解决运载火箭推力不够的问题，并织起更强大的深空探测网。

探测器系统副总指挥李振才回忆：“2013年3月，航天科技集团的专家提出‘我们自己上火星，一步实现环绕、着陆、巡视探测的目标。”

2014年9月，国防科工局探月与航天工程中心召开首次火星探测任务先期启动会，明确了要围绕探测器这条主线，启动先期研制工作。五院立即成立型号研制队伍，从2014年10月开始“自掏腰包”，先动了起来。那时，一些重要的试验保障设施还不齐全。

在对实施方案经过三轮迭代和深化后，中国首次火星探测任务（“天问一号”任务）于2016年1月批准立项，把目标定为：在国际上首次通过一次发射任务，实现火星环绕、着陆、巡视探测，成为世界上第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家。

当时，我国已成功完成数次月球探测任务，为探火任务打下了基础。探火任务由工程总体和探测器、运载火箭、发射场、测控、地面应用五大系统组成。

五大系统就位

中国深空探测“领路人”之一的叶培建院士，回顾自己在参与“东方红一号”的年代，根本不敢想象有生之年还能看到中国迈向火星。他赋诗曰：“红色星球走一回，四亿征程只等闲。”

“天问一号”示意图。图片|新华网

2016—2018年，探测器的初样研制工作历时两年，做了800多个专项试验。2018年9月，探测器转入正样研制阶段;2020年3月，探测器顺利通过出厂评审，4月初运抵文昌航天发射场。

探测器系统总指挥赫荣伟表示，在不到4年的时间内，探测器完成研制验证、出厂，这是所有参研单位的工程师、科学家辛勤劳动所得的，大家创造了中国航天同类型号的研制纪录。探测器的参研单位多达600余家，多线并行，多地并进;各阶段总装、测试及大型试验涉及大量的协调管理和资源保障工作;光软件规模就高达155万行代码……

“我们起步晚了，但3个目标一次任务完成，起点很高;我们的成果来得慢了，但从工程立项到产品出厂这么快，是你们的光荣和自豪，更要珍惜这次机会。”叶培建对火星探测器研制团队道出肺腑之言。

“而且，中国火星探测没有重复其他国家的老路。”2020年两会期间，全国政协委员、五院党委书记赵小津表示，一次发射实现三大目标，这是其他国家火星探测任务从没有过的，面临的挑战也是前所未有的。

火星车与着陆巡视器外观设计构型图。图片|新华网

2019年11月14日，中国火星探测任务首次公开亮相。当天，中国国家航天局邀请部分外国驻华使馆及国际组织人员，赴河北怀来观摩着陆器悬停避障试验。安全着陆是火星探测任务最艰巨的挑战之一。因为现在的火星是一个干旱、寒冷的世界，大气稀薄，尘暴肆虐，试验旨在验证探测器安全着陆火星的“本领”。据火箭系统总设计师李东介绍，在此次火星探测任务中，具备5吨地火转移轨道运载能力的长征五号火箭，第一次达到并超过第二宇宙速度，将“天问一号”探测器送上通往红色星球的“长途高速公路”。

在深空探测的漫长旅途上，信号十分微弱，如果接收不到信号，就无法对探测器的运行状态做出判断和调整。北京航天飞行控制中心专家麻永平也表示，之前中国还没有达到探测火星的测控要求，后续规划中要建大口径天线，慢慢具备火星探测、测控的能力。

2020年年初，地面应用系统在天津武清还建成了一副70米口径天线，与已有地面数据接收天线进行组阵，接收火星传回的科学数据。这副亚洲最大的单口径全可动天线，将接收最远4亿公里外火星车传回地球的微弱信号。

严慎细实保成功

阳春三月，乍暖还寒时，新冠肺炎疫情依旧笼罩神州。航天科技集团五院火星探测器试验队顶住压力，从2020年3月开始陆续踏上了奔赴海南文昌航天发射场的征程。吹响集结号，向海南进发。

叶培建院士向试验队员寄语——第一要坚定“信心”：我们迈向火星起步晚了，但是我们一次任务完成3个目标，起点很高;我们的成果来得慢了，但从立项到出厂这么快，是大家的光荣和自豪，要珍惜机会。第二要认真“担心”：回顾我们遇到的质量问题，最担心的不是技术问题，而是单机质量，设计师要担心自己的产品，不要做面子工程，而要实实在在地去想、去做、去挖，“只有做爹娘的才最了解自己的孩子”。

在第一批、第二批试验队员集中进场后，试验队也进入了常态化防疫管理阶段。通过设置专用观察区、张贴提示等方式，确保解除隔离人员和隔离人员互不接触，为隔离人员提供不接触的送餐和快递服务，解决新进场人员隔离期间的生活需求。

2020年4月3日，试验队先头部队解除隔离，立刻投入到紧张的工作中。4月的海南，天气变化莫测，前一刻还是晴朗明媚，下一刻便乌云密布，随之而来的是淅淅沥沥的小雨。在暴雨橙色预警下，队员们争分夺秒，齐心协力开始设备拆箱、转运等工作，终于在暴雨来袭前成功将所有设备转运至测试厂房，大家长舒了一口气。接下来，各分系统按照预定计划有条不紊地开始设备展开、部署和调试工作。

4月10日，火星探测器顺利运抵发射场，于次日凌晨4时安全转运至总装大厅。

随着探测器产品的就位，项目办组织了进场仪器设备复查工作，还针对特种设备和涉电工装进行试运行，确认使用状态安全可靠。

火星探测器发射场检漏工作圆满完成后，测试任务有序开展，火星车率先完成发射场首次加电。发射场技术区电测工作是对整器经过运输后、发射前的全面检查。测试过程中，试验队各岗位严格按照发射场测试计划和流程，依据测试细则开展工作，确保无漏测、无漏判、无错判。试验队秉承当日事当日毕的原则，通过对数据的认真判读，确保了各项测試工作保质保量完成。其中，总环分队经过12天的连续奋战，高效率、高质量地完成了火星车、着陆平台、背罩、大底相关工作交付总体电测。

产品进场后需要接受全面细致的“体检”。在这场战斗中，环绕器推进分系统的充气过程和放气过程分别需要工作十几个小时。为此，试验队员连续通宵工作。为了确保工作质量、确保产品安全和人员安全，试验队提前动员，组织推演和演练。6月10日，环绕器按计划与着陆巡视器完成对接。此前的一个月时间里环绕器完成了为期10天的7类12件机构专项试验，形成了最终发射状态，并完成加电测试确认，满足要求。几乎是同一段时间，从4月10日火星探测器进场到6月1日完成火星车与着陆平台的对接，试验队员在前后53天的时间里顺利完成相关工作，有效规避火星车上狭小空间总装操作的风险。

火星进入舱GNC分系统是火星探测任务中的关键分系统之一，直接影响火星着陆的成败。试验队正式进驻发射场后，分系统试验队员快速完成了整器测试状态的恢复和分系统测试环境的搭建。在后续的整器测试工作中，进入舱GNC分系统顺利通过所有测试项目，整个过程中无任何异常和质量问题。

同时，伞系减速分系统也顺利完成筒盖装配工作。弹伞筒筒盖具有保护着陆巡视器气动外形完整、确保降落伞组件不与高温气流接触，让伞系减速环节正常进行的重要作用。