“祝融”軋下中國(guó)印

——全方位圖文解讀中國(guó)首輛火星車

　　東經(jīng)109.9度，北緯25.1度。

　　在數(shù)字地圖上輸入這個(gè)坐標(biāo)，位置很快鎖定到廣西桂林?！肮鹆稚剿滋煜隆?，古人心中最美的地方。而在3.2億公里外的紅色星球，這是“天問一號(hào)”著陸的坐標(biāo)——烏托邦平原南部。

　　5月22日，著陸火星7天后，祝融號(hào)火星車從懸梯緩慢駛下，在這里軋下了第一道中國(guó)印。

　　同樣的坐標(biāo)，與地球山美水美的景象大不相同，“祝融”在火星看到的是沙礫遍布、滿目荒涼，而這恰恰是“祝融”的使命。

　　火星車示意圖由航天科技集團(tuán)五院提供

　　祝融號(hào)盡顯中國(guó)人的浪漫

　　地球與火星幾乎同時(shí)誕生，如今地球上充滿生機(jī)，火星卻近乎死去。人們把火星探測(cè)稱為探索“另一個(gè)地球的生與死”。據(jù)科學(xué)家推測(cè)，祝融號(hào)火星車降落的火星烏托邦平原曾是一片汪洋，探測(cè)這里有助于人類了解火星的演化，摸清火星上有無(wú)生命痕跡。

　　5月15日，著陸火星后，“祝融”沒有立即開工探測(cè)。它先把桅桿立起來(lái)，相機(jī)能用了，便有了眼睛，能分辨周邊的障礙；把太陽(yáng)翼展開，盡可能多而快地獲取能源，因?yàn)槟茉词蔷S系生命的養(yǎng)料；再把天線展開，建立通信鏈路后，第一時(shí)間給地球報(bào)了聲平安。

　　祝融號(hào)火星車像一只展翅的碩大蝴蝶。航天科技集團(tuán)五院天問一號(hào)探測(cè)器副總設(shè)計(jì)師賈陽(yáng)很喜歡這個(gè)外形，還特意從網(wǎng)上購(gòu)買了一只相似度很高的藍(lán)色蝴蝶標(biāo)本，擺在了辦公桌上。但最開始，火星車并沒有被設(shè)計(jì)成蝴蝶的模樣。

　　賈陽(yáng)說(shuō)，最初設(shè)計(jì)的火星車，太陽(yáng)翼斜架在頂上，像一棟小房子，但這種設(shè)計(jì)對(duì)太陽(yáng)翼強(qiáng)度要求太高，于是作罷。經(jīng)過幾次迭代，設(shè)計(jì)師不斷變換太陽(yáng)翼的展開方式，最終想出了向斜后方展開太陽(yáng)翼的方案。

　　設(shè)計(jì)師有意識(shí)地將探測(cè)設(shè)備放在前方，“蝴蝶”便有了“復(fù)眼”，兩根天線也放在前邊，“蝴蝶”便有了“觸角”。4片太陽(yáng)翼展開后，火星車有了“翅膀”，恰似一只漂亮的藍(lán)色大蝴蝶。

　　浪漫的設(shè)計(jì)師還花了不少心思，將中國(guó)傳統(tǒng)文化附著在火星車上，帶上了紅色星球。最引人注目的是九疊篆的“火”字車標(biāo)。

　　運(yùn)往中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)前，一次試驗(yàn)結(jié)束后，設(shè)計(jì)師望著火星車空蕩蕩的桅桿，覺著少了點(diǎn)什么，于是決定仿照汽車，給火星車設(shè)計(jì)一個(gè)車標(biāo)。車標(biāo)是一個(gè)“火”字，源于800年前北方大金國(guó)的印章“恒術(shù)火倉(cāng)之記”，出土于黑龍江省海林縣（現(xiàn)為海林市），以九疊篆的手法將字形抽象處理后，放在了火星車的桅桿上。

　　此去蓬萊三百日，冰輪如鏡火如螢。中國(guó)第一輛火星車，正是帶著中國(guó)人特有的浪漫，帶著古今人們對(duì)火星的好奇，踏上了這顆“熒熒火光，離離亂惑”的“熒惑星”。

　　“祝融”巡火闖三關(guān)

　　“祝融”在火星上走走停停，行進(jìn)速度并不快，甚至比走路還慢，預(yù)計(jì)3天才走10米。它每走一步，都要傳圖像、探測(cè)、分析，再移動(dòng)。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)。賈陽(yáng)介紹，火星車大概維持在三天一個(gè)周期的工作強(qiáng)度，設(shè)計(jì)壽命為3個(gè)火星月，相當(dāng)于地球上的92天。

　　賈陽(yáng)說(shuō)，火星車走得慢，是因?yàn)槲覈?guó)對(duì)火星環(huán)境的認(rèn)知有限，所以專門為火星車設(shè)計(jì)了相對(duì)保守的工作模式。他透露，任務(wù)后期視火星車的工作狀態(tài)，不排除會(huì)讓它“走得更快一點(diǎn)”。

　　祝融號(hào)火星車攜帶了多光譜相機(jī)、次表層探測(cè)雷達(dá)、火星表面成分探測(cè)儀、火星表面磁場(chǎng)探測(cè)儀、火星氣象測(cè)量?jī)x和地形相機(jī)共6臺(tái)科學(xué)載荷。要想帶著這些設(shè)備順利在火星巡視探測(cè)，在陌生的星球開疆拓土——關(guān)鍵這個(gè)陌生地帶還遍布風(fēng)險(xiǎn)，祝融號(hào)火星車要足夠強(qiáng)大。

　　據(jù)賈陽(yáng)介紹，在火星巡視探測(cè)有“三難”。

　　一是遠(yuǎn)，地火距離3.2億公里，信號(hào)來(lái)回一趟需要近40分鐘，這么遠(yuǎn)的距離，地面沒法實(shí)時(shí)控制火星車；二是冷，火星夜晚會(huì)降到零下130攝氏度，火星上二氧化碳都冷凝成干冰遍布在隕石坑，對(duì)火星車生存構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)；三是塵，火星經(jīng)常刮起塵暴，歷史上蘇聯(lián)的“火星-3”剛著陸火星便在沙塵中殞命，同時(shí)，塵暴也會(huì)影響火星車電池發(fā)電，切斷能源供給。

　　困難沒有擋住中國(guó)探索火星的步伐，這些難題被火星車設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)一一攻克。

　　針對(duì)距離遙遠(yuǎn)帶來(lái)的通信困難，設(shè)計(jì)師努力讓火星車“求己不求人”。火星車一旦發(fā)現(xiàn)問題，可在極短時(shí)間內(nèi)自診并完成故障的自我修復(fù)。倘若遇到更大的困難，火星車可自主進(jìn)入安全模式，再交給地面處理。

　　設(shè)計(jì)師們也將火星車稱為“火星移動(dòng)智能體”?！案渌鹦擒囅啾?，我國(guó)的火星車自主能力有了巨大的提升?！辟Z陽(yáng)表示，假如火星車在火星巡視探測(cè)時(shí)出現(xiàn)故障，它的首選求助對(duì)象不是相隔遙遠(yuǎn)的地球人，而是它自己。

　　火星表面巖石分布密度大約是月球表面的2倍，但由于侵蝕導(dǎo)致表層土壤堅(jiān)硬、里層土壤松軟，美國(guó)的“勇氣號(hào)”“機(jī)遇號(hào)”都曾因此下陷，對(duì)此，研制團(tuán)隊(duì)為火星車設(shè)計(jì)了主動(dòng)懸架功能。

　　它像越野車一樣可以升降底盤，但是功能更加強(qiáng)大?！白Ｈ凇避圀w可以在0～600毫米的高度區(qū)間內(nèi)自主升降，這在全世界所有的火星車中是獨(dú)一份。五院天問一號(hào)探測(cè)器火星車總體主任設(shè)計(jì)師陳百超介紹，配備主動(dòng)懸架的火星車，具有蠕動(dòng)、抬輪、車體升降等多種運(yùn)動(dòng)模式，不再擔(dān)心車輪下陷，甚至單個(gè)車輪發(fā)生故障也不會(huì)喪失移動(dòng)能力。

　　針對(duì)“冷”的難題，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)給火星車做足了保溫。火星車表面鋪設(shè)了大面積的納米氣凝膠板，這種新型材料保溫性能極佳，可確保火星車在零下130攝氏度的環(huán)境正常工作，同時(shí)這種材料輕到可放置在花朵上方而不損傷花瓣，因此不會(huì)給火星車帶來(lái)負(fù)擔(dān)。

　　除了保溫，火星車還要“聚能”。為了高效率收集太陽(yáng)能量，火星車設(shè)計(jì)了兩個(gè)像望遠(yuǎn)鏡一樣的窗口，盡可能地將陽(yáng)光的能量吸收到車的內(nèi)部。此外，蝶翼樣的太陽(yáng)能電池板，是針對(duì)火星專門定制，能適應(yīng)火星上的光譜，達(dá)到極高的轉(zhuǎn)化效率，幫火星車荒野求生。

　　最難以捉摸的是塵暴。火星表面會(huì)刮起大風(fēng)，并伴有沙塵。倘若沙塵覆蓋火星車，將影響火星車的能源獲取、熱量傳導(dǎo)，讓“關(guān)節(jié)”不再靈活，讓光學(xué)載荷“蒙塵”。此前，美國(guó)機(jī)遇號(hào)和勇氣號(hào)都曾因太陽(yáng)能板被沙塵覆蓋而失去動(dòng)力。

　　為解決塵暴問題，設(shè)計(jì)師想了多種辦法。最先想到的是吹氣，將掉落的灰塵吹走；或者給火星車貼膜，這些膜可以卷起，從而將灰塵掀掉。綜合評(píng)估后，設(shè)計(jì)師從另外角度切入——在材料上做文章。他們?cè)诨鹦擒嚿鲜褂昧艘环N新材料，這種材料的表面不易沾染灰塵，即便沾上了灰塵，也可通過振動(dòng)將其抖落。

　　賈陽(yáng)介紹，我國(guó)祝融號(hào)火星車太陽(yáng)能板采用表面工程技術(shù)除塵法，這個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵是超疏基結(jié)構(gòu)，身邊的汽車防塵玻璃、防塵貼膜等都是這個(gè)原理——類似下雨時(shí)荷葉上的水珠，遇風(fēng)可以很容易滾落。

　　在火星上，祝融號(hào)火星車可根據(jù)沙塵天氣的輕重程度自主轉(zhuǎn)入最小工作模式、休眠模式或喚醒模式。這樣，我國(guó)首輛火星車便具備了一定的沙塵暴防御能力。

　　“祝融”一小步，“天問”一大步

　　人類曾47次探訪火星，21次嘗試著陸火星，成功的僅有10次。當(dāng)前尚能在紅色星球表面行走的火星車有3輛，分別是2012年登陸的美國(guó)好奇號(hào)、今年登陸的美國(guó)“毅力號(hào)”和中國(guó)“祝融號(hào)”。

　　“祝融”在火星駛出的一小步，是持續(xù)300多天的天問一號(hào)任務(wù)的一大步。因?yàn)榘凑找?guī)劃，天問一號(hào)任務(wù)計(jì)劃通過一次發(fā)射，完成“繞、著、巡”三個(gè)目標(biāo)。現(xiàn)在，“祝融”實(shí)現(xiàn)了最后一步——火星巡視探測(cè)。天問一號(hào)任務(wù)完美取得了預(yù)定的工程成果。

　　天問一號(hào)任務(wù)是在探月工程的基礎(chǔ)上起步的，從立項(xiàng)到研制經(jīng)歷了一段艱辛的歷程，整個(gè)過程異常緊張。從2010年開始啟動(dòng)第一輪論證到探測(cè)器發(fā)射，經(jīng)歷了10年時(shí)間。其中，在不到4年的時(shí)間里，探測(cè)器完成研制、驗(yàn)證、出廠，創(chuàng)造了中國(guó)航天同類型號(hào)的研制紀(jì)錄。

　　“人民科學(xué)家”葉培建院士曾對(duì)整個(gè)火星探測(cè)器研制團(tuán)隊(duì)給予高度評(píng)價(jià)：“我們起步晚了，但三個(gè)目標(biāo)一次任務(wù)完成，起點(diǎn)很高；我們的成果來(lái)得慢了，但從工程立項(xiàng)到產(chǎn)品出廠這么快，是你們的光榮和自豪，更要珍惜這次機(jī)會(huì)。”

　　勝利的欣喜之外，天問一號(hào)探測(cè)器研制團(tuán)隊(duì)非?？陀^地看待這次成功。五院天問一號(hào)探測(cè)器進(jìn)入艙總體主任設(shè)計(jì)師董捷曾登上青年演說(shuō)家舞臺(tái)，談及中美火星探測(cè)技術(shù)對(duì)比，他說(shuō)了8個(gè)字：正視差距，自主創(chuàng)新。

　　董捷舉例，我國(guó)也曾開展搭載火星飛機(jī)的方案論證。團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)有實(shí)力的高校開展了對(duì)各種機(jī)型（包括固定翼、旋翼）的分析，最后得到的結(jié)論是由于火星大氣密度過低，基于現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)技術(shù)水平，采用旋翼難以實(shí)現(xiàn)在火星表面起飛，其他翼型也存在種種不足。“看到別人的成功，我們清醒地認(rèn)識(shí)到技術(shù)上存在的差距，更激發(fā)了我們不斷前進(jìn)、自主創(chuàng)新的動(dòng)力?！倍菡f(shuō)。

　　可以說(shuō)，中國(guó)火星探測(cè)秉承了中國(guó)航天“仰望星空、腳踏實(shí)地”的一貫作風(fēng)。

　　葉培建曾說(shuō)，航天事業(yè)需要我們做一些“冒險(xiǎn)的事”，去開拓、去創(chuàng)新。當(dāng)前，我國(guó)已形成深空探測(cè)的未來(lái)任務(wù)規(guī)劃，小天體探測(cè)、火星取樣返回、木星及更遠(yuǎn)行星探測(cè)論證正在按計(jì)劃逐步推進(jìn)。中國(guó)航天的未來(lái)是星辰大海，值得我們?nèi)ッ半U(xiǎn)。中國(guó)人丈量太空的腳步會(huì)比3.2億公里更遠(yuǎn)。