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(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋

 

 

      今年5月15日，中國首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器在火星成功著陸。如今，祝融號(hào)火星車已運(yùn)行超過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)繞到著陸、巡視，天問一號(hào)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(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)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(cè)將有哪些新發(fā)現(xiàn)？中國何時(shí)能從火星帶回土壤？針對(duì)火星和行星探測(cè)的熱點(diǎn)話題，記者近日對(duì)張榮橋進(jìn)行了專訪。

 

 

      火星車實(shí)施拓展性巡視探測(cè)

 

 

      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)完成教科書式的精準(zhǔn)著陸；5月22日，火星車駛離著陸平臺(tái)，踏上火星大地進(jìn)行巡視探測(cè)，開啟火星“探險(xiǎn)之旅”--天問一號(hào)實(shí)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(cè)征程的重要一步。

 

 

      “目前，天問一號(hào)環(huán)繞器和祝融號(hào)火星車的狀態(tài)良好。”張榮橋說，到今年8月15日，祝融號(hào)火星車完成了既定的90個(gè)火星日的科學(xué)探測(cè)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(cè)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(gè)火星日巡視探測(cè)任務(wù)之后，火星車度過了日凌階段--太陽運(yùn)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(shí)自檢自測(cè)。

 

 

      日凌結(jié)束后，祝融號(hào)火星車?yán)^續(xù)向?yàn)跬邪钇皆喜?-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(cè)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(cè)的同時(shí)，兼顧火星車的中繼通信。

 

 

      “相對(duì)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(gè)月我們都要組織相關(guān)人員對(duì)下一個(gè)月的運(yùn)行計(jì)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(yùn)行策略并實(shí)施控制和監(jiān)視運(yùn)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(cè)？火星車行駛中遇到溝坎等復(fù)雜地形，要不要繞行？針對(duì)這些問題，大家共同商量、制定計(jì)劃。”張榮橋說。

 

 

      巡視探測(cè)期間，祝融號(hào)火星車高效運(yùn)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(hào)火星車的著陸地點(diǎn)有更多科學(xué)發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)，通過研究可以增加人類對(duì)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(hào)科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。到目前為止，科學(xué)家通過對(duì)探測(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)家有更充裕的時(shí)間，充分挖掘科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)中的科學(xué)信息。明年，我們計(jì)劃召開首次火星探測(cè)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。

 

 

      中國行星探測(cè)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(hào)與歐空局“火星快車”任務(wù)團(tuán)隊(duì)合作，于11月開展了祝融號(hào)火星車與“火星快車”軌道器在軌中繼通信試驗(yàn)，取得圓滿成功。

 

 

      張榮橋說，此次合作雙方團(tuán)隊(duì)“一拍即合”.試驗(yàn)過程中，祝融號(hào)火星車向“火星快車”發(fā)送測(cè)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(duì)解譯后，判讀數(shù)據(jù)的正確性。

 

 

      “通過這次合作，驗(yàn)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(yàn)證了相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與國外設(shè)備的兼容性。”張榮橋說，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(hào)任務(wù)實(shí)施過程中，中國與有關(guān)國家和國際組織在測(cè)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(duì)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(hào)探測(cè)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(cè)，通過分析電磁波信號(hào)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(cè)器軌道數(shù)據(jù)交換合作等。

 

 

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

 

 

      張榮橋表示，火星探測(cè)數(shù)據(jù)研究是接下來的合作重點(diǎn)。“我們的數(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(cè)數(shù)據(jù)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(shí)施火星取樣返回

 

 

      按照中國行星探測(cè)工程的整體規(guī)劃，到2030年前后，中國將以火星探測(cè)為主線，開展小行星探測(cè)、火星取樣返回和木星系探測(cè)等任務(wù)。

 

 

      “目前小行星探測(cè)任務(wù)已進(jìn)入初樣研制階段，我們將努力按照既定計(jì)劃發(fā)射實(shí)施。”張榮橋說，小行星探測(cè)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(yàn)證相關(guān)技術(shù)。

 

 

      “火星取樣返回對(duì)全世界來說都是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)，目前還沒有國家做得到。”張榮橋說。

 

 

      人類已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了登月，嫦娥五號(hào)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(qiáng)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(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(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(chǔ)存技術(shù)、動(dòng)力技術(shù)、控制技術(shù)等。我們準(zhǔn)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。

 

 

      木星系探測(cè)也是中國行星探測(cè)的目標(biāo)之一。張榮橋說，到目前為止，人類對(duì)木星系的認(rèn)知尚淺、探測(cè)有限，木星系孕育著大量科學(xué)新發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)。

 

 

      “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(qiáng)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(cè)走向深空的必然趨勢(shì)，也將帶動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

 

 

      一步實(shí)現(xiàn)“繞著巡”展現(xiàn)擔(dān)當(dāng)精神

 

 

      天問一號(hào)探測(cè)器成功著陸火星的那一刻，張榮橋激動(dòng)落淚的場景令很多人動(dòng)容?；叵肫甬?dāng)時(shí)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(xiàng)任務(wù)，我們堅(jiān)持奮斗了10年，兌現(xiàn)了對(duì)國家的承諾。一次實(shí)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(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，最初設(shè)計(jì)火星探測(cè)方案時(shí)，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(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，中國火星探測(cè)起步較晚，中國科學(xué)家對(duì)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(xiǎn)的勇氣。”張榮橋說，“通過努力，一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)火星’繞著巡‘,風(fēng)險(xiǎn)可控。”

 

 

      風(fēng)險(xiǎn)可控絕不意味著沒有風(fēng)險(xiǎn)。歷史上，火星著陸巡視任務(wù)的成功率僅為40%多一點(diǎn)。面對(duì)巨大挑戰(zhàn)，中國火星探測(cè)任務(wù)在方案設(shè)計(jì)初就做了全面詳實(shí)的任務(wù)實(shí)施計(jì)劃，對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)確認(rèn)，并開展了大量地面試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

 

 

      “很多人說，中國火星探測(cè)任務(wù)圓滿成功太容易。”張榮橋說，“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，就像運(yùn)動(dòng)員一樣，賽場上完美的動(dòng)作背后是反復(fù)練習(xí)中的失誤、摔倒，火星探測(cè)任務(wù)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)等環(huán)節(jié)也出現(xiàn)過反復(fù)甚至是錯(cuò)誤。“我們?cè)谒ご蛑械玫搅私?jīng)驗(yàn)，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(shí)現(xiàn)’繞著巡‘的路子是完全正確的--第一，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了跨越，我們成為第二個(gè)具備火星巡視探測(cè)能力的國家，在行星探測(cè)領(lǐng)域進(jìn)入到國際先進(jìn)行列。第二，節(jié)省了經(jīng)費(fèi)。更重要的是，火星探測(cè)長了國人的底氣，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)火星表面采樣返回堅(jiān)定了信心。”張榮橋說。

 

 

      “首次火星探測(cè)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。”回顧火星探測(cè)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）