為人類(lèi)認知宇宙貢獻中國力量 --專(zhuān)訪(fǎng)中國首次火星探測任務(wù)工程總設計師張榮橋

 

 

      今年5月15日，中國首次火星探測任務(wù)天問(wèn)一號探測器在火星成功著(zhù)陸。如今，祝融號火星車(chē)已運行超過(guò)210個(gè)火星日，環(huán)繞器在軌510多個(gè)火星日……從發(fā)射、環(huán)繞到著(zhù)陸、巡視，天問(wèn)一號的一舉一動(dòng)，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)工程總設計師張榮橋成為唯一入選的中國人。

 

 

      火星車(chē)的工作狀態(tài)如何？火星探測將有哪些新發(fā)現？中國何時(shí)能從火星帶回土壤？針對火星和行星探測的熱點(diǎn)話(huà)題，記者近日對張榮橋進(jìn)行了專(zhuān)訪(fǎng)。

 

 

      火星車(chē)實(shí)施拓展性巡視探測

 

 

      2月10日，實(shí)施近火制動(dòng)，成功環(huán)繞火星；5月15日，在預選著(zhù)陸區完成教科書(shū)式的精準著(zhù)陸；5月22日，火星車(chē)駛離著(zhù)陸平臺，踏上火星大地進(jìn)行巡視探測，開(kāi)啟火星“探險之旅”--天問(wèn)一號實(shí)現了一次任務(wù)完成環(huán)繞、著(zhù)陸、巡視的三大目標，邁出了中國行星探測征程的重要一步。

 

 

      “目前，天問(wèn)一號環(huán)繞器和祝融號火星車(chē)的狀態(tài)良好。”張榮橋說(shuō)，到今年8月15日，祝融號火星車(chē)完成了既定的90個(gè)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(chē)進(jìn)行中繼通信，將火星車(chē)巡視探測獲取的科學(xué)數據傳回地球。

 

 

      張榮橋介紹，在完成了90個(gè)火星日巡視探測任務(wù)之后，火星車(chē)度過(guò)了日凌階段--太陽(yáng)運行至地球和火星中間，受太陽(yáng)電磁輻射干擾，器地通信不穩定。按照既定預案，火星車(chē)在日凌期間暫?？茖W(xué)工作，定時(shí)自檢自測。

 

 

      日凌結束后，祝融號火星車(chē)繼續向烏托邦平原南部--據科學(xué)家初步認為的古海洋與陸地交界地帶行駛，開(kāi)展拓展性巡視探測任務(wù)，探尋火星起源與演化之謎的線(xiàn)索。而環(huán)繞器則進(jìn)行了軌道的進(jìn)一步優(yōu)化調整，在開(kāi)展火星環(huán)繞探測的同時(shí)，兼顧火星車(chē)的中繼通信。

 

 

      “相對來(lái)講，在拓展任務(wù)階段，火星車(chē)行駛的頻次要比原先少一些。”張榮橋說(shuō)，“每個(gè)月我們都要組織相關(guān)人員對下一個(gè)月的運行計劃進(jìn)行研究確定，負責日常飛控管理的小組，每天要制定運行策略并實(shí)施控制和監視運行狀態(tài)。”

 

 

      “比如著(zhù)陸區的沙丘、巖石等典型地形地貌，火星車(chē)要不要停下來(lái)做詳細觀(guān)測？火星車(chē)行駛中遇到溝坎等復雜地形，要不要繞行？針對這些問(wèn)題，大家共同商量、制定計劃。”張榮橋說(shuō)。

 

 

      巡視探測期間，祝融號火星車(chē)高效運行，獲取了巡視區域地形地貌影像、行駛路徑磁場(chǎng)信息和地下剖面結構信息、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)數據。張榮橋說(shuō)，科學(xué)家認為，祝融號火星車(chē)的著(zhù)陸地點(diǎn)有更多科學(xué)發(fā)現的機會(huì )，通過(guò)研究可以增加人類(lèi)對火星的認知。

 

 

      自今年8月以來(lái)，中國國家航天局已發(fā)布五批天問(wèn)一號科學(xué)探測數據。到目前為止，科學(xué)家通過(guò)對探測數據的研究，陸續發(fā)布了一些研究成果。

 

 

      “我們希望科學(xué)家有更充裕的時(shí)間，充分挖掘科學(xué)探測數據中的科學(xué)信息。明年，我們計劃召開(kāi)首次火星探測任務(wù)科學(xué)研究成果交流會(huì )，相信其中會(huì )有中國人自己的原創(chuàng )成果。”張榮橋說(shuō)。

 

 

      中國行星探測工程開(kāi)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(wèn)一號與歐空局“火星快車(chē)”任務(wù)團隊合作，于11月開(kāi)展了祝融號火星車(chē)與“火星快車(chē)”軌道器在軌中繼通信試驗，取得圓滿(mǎn)成功。

 

 

      張榮橋說(shuō)，此次合作雙方團隊“一拍即合”.試驗過(guò)程中，祝融號火星車(chē)向“火星快車(chē)”發(fā)送測試數據，“火星快車(chē)”接收數據后轉發(fā)給歐方，再由歐方轉發(fā)至北京航天飛行控制中心，中方技術(shù)團隊解譯后，判讀數據的正確性。

 

 

      “通過(guò)這次合作，驗證了歐方軌道器與我們的火星車(chē)進(jìn)行中繼通信的可行性，我們也驗證了相關(guān)設計標準與國外設備的兼容性。”張榮橋說(shuō)，后續雙方還將進(jìn)一步開(kāi)展科學(xué)數據中繼通信合作。

 

 

      在天問(wèn)一號任務(wù)實(shí)施過(guò)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(kāi)展了卓有成效的合作，共同為增進(jìn)人類(lèi)對宇宙奧秘的認知貢獻智慧和力量。

 

 

      張榮橋舉例說(shuō)，在天問(wèn)一號探測器研制過(guò)程中，中國與歐空局就火星的環(huán)境模型數據進(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多處的射電望遠鏡開(kāi)展了太陽(yáng)掩星探測，通過(guò)分析電磁波信號受太陽(yáng)風(fēng)干擾的情況，研究太陽(yáng)風(fēng)內稟湍流引起的行星際電子密度漲落等科學(xué)問(wèn)題；此外，中國還與美國國家航空航天局、歐空局開(kāi)展了火星探測器軌道數據交換合作等。

 

 

      “中國行星探測工程是開(kāi)放的。”張榮橋說(shuō)，“我們歡迎有意愿的國家在各個(gè)層級上開(kāi)展合作。”

 

 

      張榮橋表示，火星探測數據研究是接下來(lái)的合作重點(diǎn)。“我們的數據非常豐富，開(kāi)展合作的空間很大。按照中國國家航天局的相關(guān)管理規定，探測數據屆時(shí)會(huì )向全世界的科學(xué)家提供。各國科學(xué)家可通過(guò)其主管部門(mén)，與中國國家航天局聯(lián)系交流合作事宜。”

 

 

      2030年前后實(shí)施火星取樣返回

 

 

      按照中國行星探測工程的整體規劃，到2030年前后，中國將以火星探測為主線(xiàn)，開(kāi)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(shí)施。”張榮橋說(shuō)，小行星探測任務(wù)除了科學(xué)研究的意義之外，也將通過(guò)技術(shù)的遞進(jìn)式發(fā)展，為后續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(lái)說(shuō)都是一個(gè)技術(shù)挑戰，目前還沒(méi)有國家做得到。”張榮橋說(shuō)。

 

 

      人類(lèi)已經(jīng)實(shí)現了登月，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(diǎn)之一是“逃逸速度”--火星的“個(gè)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(dòng)力。

 

 

      難點(diǎn)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，需要一整套適應火星大氣環(huán)境的飛行產(chǎn)品及其控制系統。再加上往返火星路途遙遠，火星環(huán)境惡劣，都增加了取樣返回的難度。

 

 

      “諸多難點(diǎn)最終都集中在一個(gè)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(dòng)力技術(shù)、控制技術(shù)等。我們準備利用兩到三年的時(shí)間，把這些關(guān)鍵技術(shù)解決掉。”張榮橋說(shuō)。

 

 

      木星系探測也是中國行星探測的目標之一。張榮橋說(shuō)，到目前為止，人類(lèi)對木星系的認知尚淺、探測有限，木星系孕育著(zhù)大量科學(xué)新發(fā)現的機會(huì )。

 

 

      “木星距離地球非常遙遠、環(huán)境極其惡劣。到達木星附近，它的太陽(yáng)光照強度只有地球附近的3%.如何獲取能源、抵御和適應極端的空間環(huán)境，這都是要努力解決的難題。”張榮橋說(shuō)，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(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

 

 

      一步實(shí)現“繞著(zhù)巡”展現擔當精神

 

 

      天問(wèn)一號探測器成功著(zhù)陸火星的那一刻，張榮橋激動(dòng)落淚的場(chǎng)景令很多人動(dòng)容?；叵肫甬敃r(shí)的感受，張榮橋說(shuō)，又甜又咸的眼淚中，有喜極而泣，也有如釋重負。

 

 

      “為了這項任務(wù)，我們堅持奮斗了10年，兌現了對國家的承諾。一次實(shí)現‘繞著(zhù)巡',成功來(lái)之不易。”張榮橋說(shuō)。

 

 

      “去火星，中國人是第一次。當我們瞄準這個(gè)任務(wù)的時(shí)候，也在猶豫和思考，到底該怎么去？”張榮橋說(shuō)，最初設計火星探測方案時(shí)，也想采取與中國探月工程“繞落回”三步走類(lèi)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(shí)現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；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，就不能滿(mǎn)足發(fā)展的需要。

 

 

      “我們要有擔當精神，有承擔風(fēng)險的勇氣。”張榮橋說(shuō)，“通過(guò)努力，一次任務(wù)實(shí)現對火星’繞著(zhù)巡‘,風(fēng)險可控。”

 

 

      風(fēng)險可控絕不意味著(zhù)沒(méi)有風(fēng)險。歷史上，火星著(zhù)陸巡視任務(wù)的成功率僅為40%多一點(diǎn)。面對巨大挑戰，中國火星探測任務(wù)在方案設計初就做了全面詳實(shí)的任務(wù)實(shí)施計劃，對技術(shù)方案進(jìn)行反復設計確認，并開(kāi)展了大量地面試驗驗證工作。

 

 

      “很多人說(shuō)，中國火星探測任務(wù)圓滿(mǎn)成功太容易。”張榮橋說(shuō)，“其實(shí)非常不容易，靚麗的成功背后一定有艱難曲折。”

 

 

      張榮橋說(shuō)，就像運動(dòng)員一樣，賽場(chǎng)上完美的動(dòng)作背后是反復練習中的失誤、摔倒，火星探測任務(wù)在產(chǎn)品的設計、試驗等環(huán)節也出現過(guò)反復甚至是錯誤。“我們在摔打中得到了經(jīng)驗，提高了能力和水平，確保了最終的任務(wù)成功。”

 

 

      “現在來(lái)看，一步實(shí)現’繞著(zhù)巡‘的路子是完全正確的--第一，技術(shù)上實(shí)現了跨越，我們成為第二個(gè)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，節省了經(jīng)費。更重要的是，火星探測長(cháng)了國人的底氣，為后續實(shí)現火星表面采樣返回堅定了信心。”張榮橋說(shuō)。

 

 

      “首次火星探測任務(wù)成功，是上千家研制單位和數萬(wàn)名科技工作者共同努力取得的，匯成一句話(huà)，就是中國力量。”回顧火星探測任務(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同，為國家發(fā)展添磚加瓦，我們感到非常榮幸。”（記者 劉峣）