祝融號火星車工作狀態(tài)如何?火星探測將有哪些新發(fā)現(xiàn)?
為人類認(rèn)知宇宙貢獻(xiàn)中國力量
——專訪中國首次火星探測任務(wù)工程總設(shè)計師張榮橋
今年5月15日,中國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器在火星成功著陸。如今,祝融號火星車已運行超過210個火星日,環(huán)繞器在軌510多個火星日……從發(fā)射、環(huán)繞到著陸、巡視,天問一號的一舉一動,備受世界關(guān)注。
近日,英國《自然》雜志公布了2021年度十大人物榜單,聚焦在今年的重大科學(xué)事件中占有一席之地的人物,中國首次火星探測任務(wù)工程總設(shè)計師張榮橋成為唯一入選的中國人。
火星車的工作狀態(tài)如何?火星探測將有哪些新發(fā)現(xiàn)?中國何時能從火星帶回土壤?針對火星和行星探測的熱點話題,本報記者近日對張榮橋進(jìn)行了專訪。
火星車實施拓展性巡視探測
2月10日,實施近火制動,成功環(huán)繞火星;5月15日,在預(yù)選著陸區(qū)完成教科書式的精準(zhǔn)著陸;5月22日,火星車駛離著陸平臺,踏上火星大地進(jìn)行巡視探測,開啟火星“探險之旅”——天問一號實現(xiàn)了一次任務(wù)完成環(huán)繞、著陸、巡視的三大目標(biāo),邁出了中國行星探測征程的重要一步。
“目前,天問一號環(huán)繞器和祝融號火星車的狀態(tài)良好!睆垬s橋說,到今年8月15日,祝融號火星車完成了既定的90個火星日的科學(xué)探測任務(wù)。在此期間,位于火星軌道的環(huán)繞器主要為火星車進(jìn)行中繼通信,將火星車巡視探測獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)傳回地球。
張榮橋介紹,在完成了90個火星日巡視探測任務(wù)之后,火星車度過了日凌階段——太陽運行至地球和火星中間,受太陽電磁輻射干擾,器地通信不穩(wěn)定。按照既定預(yù)案,火星車在日凌期間暫?茖W(xué)工作,定時自檢自測。
日凌結(jié)束后,祝融號火星車?yán)^續(xù)向烏托邦平原南部——據(jù)科學(xué)家初步認(rèn)為的古海洋與陸地交界地帶行駛,開展拓展性巡視探測任務(wù),探尋火星起源與演化之謎的線索。而環(huán)繞器則進(jìn)行了軌道的進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整,在開展火星環(huán)繞探測的同時,兼顧火星車的中繼通信。
“相對來講,在拓展任務(wù)階段,火星車行駛的頻次要比原先少一些。”張榮橋說,“每個月我們都要組織相關(guān)人員對下一個月的運行計劃進(jìn)行研究確定,負(fù)責(zé)日常飛控管理的小組,每天要制定運行策略并實施控制和監(jiān)視運行狀態(tài)!
“比如著陸區(qū)的沙丘、巖石等典型地形地貌,火星車要不要停下來做詳細(xì)觀測?火星車行駛中遇到溝坎等復(fù)雜地形,要不要繞行?針對這些問題,大家共同商量、制定計劃!睆垬s橋說。
巡視探測期間,祝融號火星車高效運行,獲取了巡視區(qū)域地形地貌影像、行駛路徑磁場信息和地下剖面結(jié)構(gòu)信息、巖石、沙丘等典型地物的成分信息、溫度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速氣象信息等第一手科學(xué)數(shù)據(jù)。張榮橋說,科學(xué)家認(rèn)為,祝融號火星車的著陸地點有更多科學(xué)發(fā)現(xiàn)的機會,通過研究可以增加人類對火星的認(rèn)知。
自今年8月以來,中國國家航天局已發(fā)布五批天問一號科學(xué)探測數(shù)據(jù)。到目前為止,科學(xué)家通過對探測數(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)家有更充裕的時間,充分挖掘科學(xué)探測數(shù)據(jù)中的科學(xué)信息。明年,我們計劃召開首次火星探測任務(wù)科學(xué)研究成果交流會,相信其中會有中國人自己的原創(chuàng)成果。”張榮橋說。
中國行星探測工程開放合作
日前,中國國家航天局與歐洲航天局(歐空局)宣布,天問一號與歐空局“火星快車”任務(wù)團(tuán)隊合作,于11月開展了祝融號火星車與“火星快車”軌道器在軌中繼通信試驗,取得圓滿成功。
張榮橋說,此次合作雙方團(tuán)隊“一拍即合”。試驗過程中,祝融號火星車向“火星快車”發(fā)送測試數(shù)據(jù),“火星快車”接收數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給歐方,再由歐方轉(zhuǎn)發(fā)至北京航天飛行控制中心,中方技術(shù)團(tuán)隊解譯后,判讀數(shù)據(jù)的正確性。
“通過這次合作,驗證了歐方軌道器與我們的火星車進(jìn)行中繼通信的可行性,我們也驗證了相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與國外設(shè)備的兼容性!睆垬s橋說,后續(xù)雙方還將進(jìn)一步開展科學(xué)數(shù)據(jù)中繼通信合作。
在天問一號任務(wù)實施過程中,中國與有關(guān)國家和國際組織在測控支持、載荷研制、科學(xué)研究等方面開展了卓有成效的合作,共同為增進(jìn)人類對宇宙奧秘的認(rèn)知貢獻(xiàn)智慧和力量。
張榮橋舉例說,在天問一號探測器研制過程中,中國與歐空局就火星的環(huán)境模型數(shù)據(jù)進(jìn)行了技術(shù)交流;今年10月日凌期間,中國與歐洲和澳大利亞天文研究單位聯(lián)合,利用分布在世界各地10多處的射電望遠(yuǎn)鏡開展了太陽掩星探測,通過分析電磁波信號受太陽風(fēng)干擾的情況,研究太陽風(fēng)內(nèi)稟湍流引起的行星際電子密度漲落等科學(xué)問題;此外,中國還與美國國家航空航天局、歐空局開展了火星探測器軌道數(shù)據(jù)交換合作等。
“中國行星探測工程是開放的!睆垬s橋說,“我們歡迎有意愿的國家在各個層級上開展合作!
張榮橋表示,火星探測數(shù)據(jù)研究是接下來的合作重點!拔覀兊臄(shù)據(jù)非常豐富,開展合作的空間很大。按照中國國家航天局的相關(guān)管理規(guī)定,探測數(shù)據(jù)屆時會向全世界的科學(xué)家提供。各國科學(xué)家可通過其主管部門,與中國國家航天局聯(lián)系交流合作事宜!
2030年前后實施火星取樣返回
按照中國行星探測工程的整體規(guī)劃,到2030年前后,中國將以火星探測為主線,開展小行星探測、火星取樣返回和木星系探測等任務(wù)。
“目前小行星探測任務(wù)已進(jìn)入初樣研制階段,我們將努力按照既定計劃發(fā)射實施!睆垬s橋說,小行星探測任務(wù)除了科學(xué)研究的意義之外,也將通過技術(shù)的遞進(jìn)式發(fā)展,為后續(xù)火星取樣返回驗證相關(guān)技術(shù)。
“火星取樣返回對全世界來說都是一個技術(shù)挑戰(zhàn),目前還沒有國家做得到!睆垬s橋說。
人類已經(jīng)實現(xiàn)了登月,嫦娥五號在去年完成了月球采樣返回的壯舉,從火星取樣返回為什么這么難?張榮橋直言,從火星取樣返回與月球有天壤之別。
難點之一是“逃逸速度”——火星的“個頭”比月球大得多,從火星上起飛返回需要更大的逃逸速度,這就要求火箭有更強的動力。
難點之二是“大氣”——與月球的真空環(huán)境不同,火星表面存在大氣,從火星表面起飛就像在地球上發(fā)射火箭一樣,需要一整套適應(yīng)火星大氣環(huán)境的飛行產(chǎn)品及其控制系統(tǒng)。再加上往返火星路途遙遠(yuǎn),火星環(huán)境惡劣,都增加了取樣返回的難度。
“諸多難點最終都集中在一個課題,就是火星表面的起飛。這涉及到燃料低溫儲存技術(shù)、動力技術(shù)、控制技術(shù)等。我們準(zhǔn)備利用兩到三年的時間,把這些關(guān)鍵技術(shù)解決掉!睆垬s橋說。
木星系探測也是中國行星探測的目標(biāo)之一。張榮橋說,到目前為止,人類對木星系的認(rèn)知尚淺、探測有限,木星系孕育著大量科學(xué)新發(fā)現(xiàn)的機會。
“木星距離地球非常遙遠(yuǎn)、環(huán)境極其惡劣。到達(dá)木星附近,它的太陽光照強度只有地球附近的3%。如何獲取能源、抵御和適應(yīng)極端的空間環(huán)境,這都是要努力解決的難題。”張榮橋說,從月球到火星,再往外走向木星,這是中國行星探測走向深空的必然趨勢,也將帶動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。
一步實現(xiàn)“繞著巡”展現(xiàn)擔(dān)當(dāng)精神
天問一號探測器成功著陸火星的那一刻,張榮橋激動落淚的場景令很多人動容;叵肫甬(dāng)時的感受,張榮橋說,又甜又咸的眼淚中,有喜極而泣,也有如釋重負(fù)。
“為了這項任務(wù),我們堅持奮斗了10年,兌現(xiàn)了對國家的承諾。一次實現(xiàn)‘繞著巡’,成功來之不易。”張榮橋說。
“去火星,中國人是第一次。當(dāng)我們瞄準(zhǔn)這個任務(wù)的時候,也在猶豫和思考,到底該怎么去?”張榮橋說,最初設(shè)計火星探測方案時,也想采取與中國探月工程“繞落回”三步走類似的步驟。
“但我們還是不甘心。”張榮橋直言,一方面,中國已經(jīng)成功實現(xiàn)了載人航天和探月工程,為火星探測奠定了技術(shù)和能力基礎(chǔ);另一方面,中國火星探測起步較晚,中國科學(xué)家對火星研究需求迫切,如果還是四平八穩(wěn),就不能滿足發(fā)展的需要。
“我們要有擔(dān)當(dāng)精神,有承擔(dān)風(fēng)險的勇氣!睆垬s橋說,“通過努力,一次任務(wù)實現(xiàn)對火星‘繞著巡’,風(fēng)險可控!
風(fēng)險可控絕不意味著沒有風(fēng)險。歷史上,火星著陸巡視任務(wù)的成功率僅為40%多一點。面對巨大挑戰(zhàn),中國火星探測任務(wù)在方案設(shè)計初就做了全面詳實的任務(wù)實施計劃,對技術(shù)方案進(jìn)行反復(fù)設(shè)計確認(rèn),并開展了大量地面試驗驗證工作。
“很多人說,中國火星探測任務(wù)圓滿成功太容易。”張榮橋說,“其實非常不容易,靚麗的成功背后一定有艱難曲折。”
張榮橋說,就像運動員一樣,賽場上完美的動作背后是反復(fù)練習(xí)中的失誤、摔倒,火星探測任務(wù)在產(chǎn)品的設(shè)計、試驗等環(huán)節(jié)也出現(xiàn)過反復(fù)甚至是錯誤!拔覀冊谒ご蛑械玫搅私(jīng)驗,提高了能力和水平,確保了最終的任務(wù)成功。”
“現(xiàn)在來看,一步實現(xiàn)‘繞著巡’的路子是完全正確的——第一,技術(shù)上實現(xiàn)了跨越,我們成為第二個具備火星巡視探測能力的國家,在行星探測領(lǐng)域進(jìn)入到國際先進(jìn)行列。第二,節(jié)省了經(jīng)費。更重要的是,火星探測長了國人的底氣,為后續(xù)實現(xiàn)火星表面采樣返回堅定了信心!睆垬s橋說。
“首次火星探測任務(wù)成功,是上千家研制單位和數(shù)萬名科技工作者共同努力取得的,匯成一句話,就是中國力量!被仡櫥鹦翘綔y任務(wù),張榮橋感慨道,“從事航天事業(yè)需要一種情懷?吹轿覀兯鶑氖碌氖聵I(yè)得到國家和人民的認(rèn)同,為國家發(fā)展添磚加瓦,我們感到非常榮幸!
記者:劉 峣
(責(zé)任編輯:歐云海)