5月22日，在上海航天飛行控制中心，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師、中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師、繼祝融之后的中國(guó)工程院教授張榮橋（右）火星探測(cè)器安全離開著陸平臺(tái) 吳偉仁（左二）一起交流。新華社記者 金立旺 攝
天問一號(hào)探測(cè)器登陸火星首批科學(xué)影像中的“著陸合影”圖。新華社
去年5月15日，我國(guó)首個(gè)火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器成功登陸火星。 如今，祝融火星車已運(yùn)行210多個(gè)火星日，軌道器已在軌運(yùn)行510多個(gè)火星日……從發(fā)射、入軌、著陸、巡檢，天問一號(hào)的一舉一動(dòng)都?xì)v經(jīng)滄桑。引起了全世界的關(guān)注。
日前，日本《自然》雜志公布了2021年十大人物名單，重點(diǎn)關(guān)注在去年重大科學(xué)風(fēng)波中發(fā)揮作用的人物。 我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師張榮橋成為唯一獲獎(jiǎng)的華人。
火星探測(cè)器的工作狀態(tài)如何？ 火星探測(cè)會(huì)有哪些新發(fā)現(xiàn)？ 中國(guó)什么時(shí)候能帶回火星沉積物？ 針對(duì)火星和行星探測(cè)這一熱門話題，記者日前采訪了張榮橋。
火星探測(cè)器進(jìn)行擴(kuò)展巡視
2月10日，實(shí)施近火制動(dòng)，成功環(huán)繞火星； 5月15日，在預(yù)選著陸區(qū)完成了教科書式的精準(zhǔn)著陸； 開啟了火星“探索之旅”——天問一號(hào)一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)了繞、著陸、巡視三大目標(biāo)，在我國(guó)行星探測(cè)征程中邁出了重要一步。
“目前，天問一號(hào)軌道飛行器和祝融火星車狀態(tài)良好。” 張榮橋說，截至去年8月15日，祝融號(hào)已完成計(jì)劃的90個(gè)火星日科學(xué)探測(cè)任務(wù)。 在此期間，位于火星軌道上的軌道器主要為火星車中繼通信，并將火星車巡視探測(cè)獲得的科學(xué)數(shù)據(jù)傳回月球。
張榮橋介紹，火星探測(cè)器在完成90次火星探測(cè)任務(wù)后，已經(jīng)通過了太陽(yáng)中轉(zhuǎn)階段——太陽(yáng)在月球和火星之間運(yùn)行火星的第一宇宙速度怎么求，受到太陽(yáng)電磁輻射的干擾，設(shè)備與地面的通信中斷。不穩(wěn)定。 按照既定計(jì)劃，火星車將在凌日期間暫停科學(xué)工作，定期進(jìn)行自檢。
凌日之后，祝融火星車?yán)^續(xù)前往烏托邦平原北部——科學(xué)家初步認(rèn)知的古海洋與陸地的分界線。 它執(zhí)行了擴(kuò)展的檢查和探測(cè)任務(wù)，以尋找火星起源和演化之謎的線索。 軌道飛行器進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整軌道。 在進(jìn)行火星軌道探測(cè)的同時(shí)，它還作為火星探測(cè)器的中繼通信。
“相對(duì)來說，在拓展任務(wù)階段，火星車出行的頻率比以前少了。” 張榮橋說，“每個(gè)月我們都要組織相關(guān)人員研究確定下個(gè)月的運(yùn)行計(jì)劃，并負(fù)責(zé)日常飛行管控。管理團(tuán)隊(duì)必須制定運(yùn)行策略，每晚實(shí)施控制和監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。” “
“比如著陸區(qū)的沙丘、巖石等典型地貌，火星車是否應(yīng)該停下來詳細(xì)觀察？火星車在行駛過程中遇到溝渠、山脊等復(fù)雜地形，要繞行嗎？”對(duì)此回應(yīng)有什么問題，你們一起商量，一起商量。” 張榮橋說道。
在巡視探測(cè)期間，祝融火星車高效運(yùn)行，獲取了巡視區(qū)域的地形地貌圖像、行駛路徑的磁場(chǎng)信息和地下剖面結(jié)構(gòu)信息、巖石、沙丘等典型地物的成分信息，氣溫、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速氣象信息等第一手科學(xué)數(shù)據(jù)。 張榮橋表示，科學(xué)家們認(rèn)為，祝融火星車的著陸點(diǎn)有更多的科學(xué)發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)，研究可以減少人類對(duì)火星的了解。
去年8月以來，國(guó)家航天局先后發(fā)布了五批天問一號(hào)科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。 迄今為止，科學(xué)家們通過對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的研究，陸續(xù)發(fā)布了一些研究成果。
“我們希望科學(xué)家們有更多的時(shí)間來充分挖掘科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)中的科學(xué)信息。今年，我們計(jì)劃舉辦首屆火星探測(cè)任務(wù)科研成果交流會(huì)，相信會(huì)有原創(chuàng)成果。”中國(guó)人自己。” 張榮橋解釋道。
中國(guó)行星探測(cè)項(xiàng)目開啟合作
近日，中國(guó)國(guó)家航天局和意大利航天局（ESA）宣布，天問一號(hào)與歐洲航天局“火星快車”任務(wù)組合作，于11月搭載祝融火星探測(cè)器和“火星快車”軌道器。 鐵路中繼通信試驗(yàn)取得圓滿成功。
張榮橋表示，雙方團(tuán)隊(duì)在此次合作中“一拍即合”。 測(cè)試期間，祝融火星車向“火星快車”發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)，“火星快車”收到數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給歐方，歐方再轉(zhuǎn)發(fā)給南京航天飛行控制中心。 中國(guó)技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，解讀。 正確性。
“通過這次合作，我們驗(yàn)證了歐洲軌道器與我們的火星探測(cè)器中繼通信的可行性，也驗(yàn)證了相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó)設(shè)備的兼容性。” 張榮橋表示，未來雙方將進(jìn)一步開展科研合作。 數(shù)據(jù)中繼通信合作。
在天問一號(hào)任務(wù)實(shí)施過程中，中國(guó)與有關(guān)國(guó)家和國(guó)際組織在測(cè)控保障、有效載荷研發(fā)、科學(xué)研究等方面開展了卓有成效的合作，共同為增進(jìn)人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)貢獻(xiàn)了智慧和力量。宇宙的奧秘。
張榮橋舉例說，在天問一號(hào)探測(cè)器研制過程中，中國(guó)與歐洲航天局就火星環(huán)境模型數(shù)據(jù)進(jìn)行了技術(shù)交流； 分布在全球10多個(gè)地方的射電望遠(yuǎn)鏡都進(jìn)行了日掩探測(cè)。 通過分析太陽(yáng)風(fēng)對(duì)電磁波信號(hào)的干擾，研究了太陽(yáng)風(fēng)固有湍流引起的行星際電子密度波動(dòng)等科學(xué)問題； 據(jù)悉，中國(guó)還與德國(guó)國(guó)家民用航空航天局、歐洲航天局就火星探測(cè)器軌道數(shù)據(jù)交換進(jìn)行了合作。
“中國(guó)行星探測(cè)工程開啟。” 張榮橋表示，“我們歡迎有意愿的國(guó)家開展各層次合作。”
張榮橋表示，火星探測(cè)數(shù)據(jù)研究是合作的重點(diǎn)。 “我們的數(shù)據(jù)非常豐富，合作空間很大。根據(jù)中國(guó)國(guó)家航天局的相關(guān)管理規(guī)定，探測(cè)數(shù)據(jù)將提供給全世界的科學(xué)家。各國(guó)科學(xué)家可以聯(lián)系中國(guó)國(guó)家航天局通過其主管部門開展交流與合作。
2030年左右火星樣本返回
根據(jù)中國(guó)行星探測(cè)工程總體規(guī)劃，到2030年前后，中國(guó)將以火星探測(cè)為重點(diǎn)，開展小行星探測(cè)、火星采樣返回、土星系統(tǒng)探測(cè)等任務(wù)。
“目前，小行星探測(cè)任務(wù)已進(jìn)入樣機(jī)研制階段，我們將爭(zhēng)取按既定計(jì)劃發(fā)射。” 張榮橋表示，此次小行星探測(cè)任務(wù)不僅具有科學(xué)研究意義，還需要通過技術(shù)的逐步發(fā)展，為后續(xù)火星采樣返回驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)。
“火星樣本返回對(duì)全世界來說都是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)，目前還沒有哪個(gè)國(guó)家能做到，”張榮橋說。
人類已經(jīng)登陸月球，今年嫦娥五號(hào)完成了地球采樣返回的創(chuàng)舉。 為什么從火星帶回樣本如此困難？ 張榮橋坦言，從火星采樣返回與地球截然不同。
難點(diǎn)之一就是“逃逸速度”——火星的“體型”遠(yuǎn)大于地球，從火星起飛返回需要更大的逃逸速度，這就需要步行者擁有更強(qiáng)的動(dòng)力。
第二個(gè)難點(diǎn)是“大氣層”——與地球的真空環(huán)境不同，火星表面有大氣層。 從火星表面起飛就像在月球上發(fā)射鵜鶘。 它需要一套完整的適應(yīng)火星大氣環(huán)境的飛行產(chǎn)品和控制系統(tǒng)。 此外，往返火星的漫長(zhǎng)旅程和火星惡劣的環(huán)境也降低了采樣和返回的難度。
“很多困難最終都集中在一個(gè)課題上，就是從火星表面起飛。這涉及到高溫燃料儲(chǔ)存技術(shù)、動(dòng)力技術(shù)、控制技術(shù)等，我們計(jì)劃用兩到五年的時(shí)間來解決這些問題。”關(guān)鍵技術(shù)。” 張榮橋解釋道。
土星系統(tǒng)的探測(cè)也是中國(guó)行星探測(cè)的目標(biāo)之一。 張榮橋表示，迄今為止，人類對(duì)土星系統(tǒng)了解甚少，探測(cè)有限，而土星系統(tǒng)蘊(yùn)藏著大量新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)。
“木星離月球很遠(yuǎn)，環(huán)境很惡劣，到了土星，它的陽(yáng)光硬度只有月球附近的3%。如何獲取能量，抵御和適應(yīng)極端的太空環(huán)境火星的第一宇宙速度怎么求，這些都是需要解決的難題。” 張榮橋表示，從地球到火星，再到土星，這是中國(guó)行星探測(cè)走向深空的必然趨勢(shì)，也將推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。
一步實(shí)現(xiàn)“環(huán)游”彰顯擔(dān)當(dāng)精神
在天問一號(hào)探測(cè)器成功登陸火星的那一刻，張榮橋激動(dòng)落淚的場(chǎng)景感動(dòng)了許多人。 回憶起當(dāng)時(shí)的經(jīng)歷，張榮橋說，酸甜咸咸的淚水中，有欣喜和釋然的淚水。
“為了這個(gè)任務(wù)，我們努力了10年，兌現(xiàn)了對(duì)國(guó)家的承諾，一次完成‘圍巡’，來之不易。” 張榮橋說道。
“中國(guó)人第一次去火星，我們瞄準(zhǔn)這個(gè)任務(wù)的時(shí)候，也在猶豫，想著怎么去？” 張榮橋說道。 分三步執(zhí)行類似的“回退”過程。
“可是我們還是不愿意。” 張榮橋坦言。 一方面，中國(guó)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了載人航天和探月工程，為火星探測(cè)奠定了技術(shù)和能力基礎(chǔ)； 另一方面，中國(guó)的火星探測(cè)起步較晚。 中國(guó)科學(xué)家對(duì)火星研究有著迫切的需求。 如果鞍山仍然穩(wěn)定，就不能滿足發(fā)展的需要。
“我們要有擔(dān)當(dāng)精神，敢于冒險(xiǎn)。” 張榮橋說，“通過努力，一次任務(wù)就可以實(shí)現(xiàn)‘環(huán)繞’火星，而且風(fēng)險(xiǎn)是可控的。”
風(fēng)險(xiǎn)可控不代表沒有風(fēng)險(xiǎn)。 從歷史上看，火星登陸任務(wù)的成功率剛剛超過 40%。 面對(duì)巨大挑戰(zhàn)，中國(guó)火星探測(cè)任務(wù)在方案設(shè)計(jì)之初就制定了全面詳細(xì)的任務(wù)實(shí)施方案，反復(fù)設(shè)計(jì)并確認(rèn)了技術(shù)方案，并進(jìn)行了大量筆試驗(yàn)證工作。
“很多人說，中國(guó)的火星探測(cè)任務(wù)要完全成功，太容易了。” 張榮橋說，“其實(shí)很不容易，華麗的成功背后一定有艱辛和坎坷。”
張榮橋說，就像運(yùn)動(dòng)員一樣，賽場(chǎng)上完美的動(dòng)作背后是在反復(fù)練習(xí)中失誤跌倒。 火星探測(cè)任務(wù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和測(cè)試方面也出現(xiàn)了重復(fù)甚至失誤。 “我們?cè)跉蛑蝎@得了經(jīng)驗(yàn)，提升了能力和水平，確保了最終任務(wù)的成功。”
“現(xiàn)在來看，一步實(shí)現(xiàn)‘環(huán)繞巡視’是完全正確的，我們實(shí)現(xiàn)了技術(shù)飛躍，成為第二個(gè)具備火星巡視探測(cè)能力的國(guó)家，步入“在行星探測(cè)領(lǐng)域，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。二是省了錢。更重要的是，火星探測(cè)增加了國(guó)人的勇氣，堅(jiān)定了后續(xù)實(shí)現(xiàn)火星表面采樣返回的信心。” 張榮橋說道。
“第一次火星探測(cè)任務(wù)的成功，是幾千家研發(fā)單位、幾萬名科技工作者的共同努力，一言以蔽之，是中國(guó)的力量。” 回顧火星探測(cè)任務(wù)，張榮橋感嘆道，“航天事業(yè)需要一種情結(jié)。我們非常榮幸地看到，我們所從事的事業(yè)得到了國(guó)家和人民的認(rèn)可，我們做出了貢獻(xiàn)國(guó)家的發(fā)展。” （記者 劉瑤）