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火星車 ＂天問探火＂背后的功臣

5月19日，國家航天局發(fā)布了火星探測天問一號任務探測器著陸過程兩器分離和著陸后火星車拍攝的影像，再次引發(fā)公眾關注。
作為中國第一次真正意義上的深空之旅，火星探測的重要性和挑戰(zhàn)性都不同于以往。利箭騰飛、祝融巡火的壯麗背后，是不容毫秒偏差的精準、是連一個彈簧都非比尋常的高科技，是從機械力學到計算機、新材料、巖土工程等多學科領域的綜合，更是無數(shù)科研工作者的付出。除了我們所熟悉的發(fā)射者、設計者之外，天問一號背后還有哪些幕后功臣？他們賦予了天問一號哪些高超性能？讓我們一起走近他們。
“地火傳書”背后的通信員：
【 火星車|"天問探火"背后的功臣】“‘祝融號’抵達后，我的生活就進入了火星時間”
5月19日晚上7點，中國航天科技集團八院天問一號環(huán)繞器軟件主任設計師張海吃過晚飯，準時來到北京航天飛行控制中心。在和白班同事進行報表交接后，他和夜班的其他同事來到會議室，討論匯報這一天火星探測器的運行情況。
“一切正常。”張海欣慰地說，自“祝融號”5月17日首次與環(huán)繞器建立通信鏈路，傳回“第一封家書”后，目前狀態(tài)不錯，通信網絡也十分通暢，后期定會有更多數(shù)據傳回。
天問一號探測器主要由環(huán)繞器和著陸巡視器（含“祝融號”火星車）兩部分組成。前期，環(huán)繞器是搭載“祝融號”的星際專車。在將“祝融號”安全送達火星后，環(huán)繞器上升至中繼軌道，此后數(shù)月它將變身通信器，建立起“祝融號”與地球之間的中繼通信。
地球到火星的距離是到月球距離的1000倍，最遠超過4億公里。4億公里“長途通信”，難度可想而知。環(huán)繞器總體主任設計師牛俊坡告訴采訪人員：“地面站與探測器間通信是通過無線電波實現(xiàn)的，距離越遠信號衰減越大，我們接收到的信號就越微弱。此外，這種超遠距離還會導致通信延時變長，一條信息從火星傳回地球，最久要22分鐘。更難的是，環(huán)繞器處于不斷飛行運動中，不是全天候對準地球的，而信息又必須在它以特定角度、穩(wěn)定姿態(tài)對準地球的情況下才能傳回。”
在火星車著陸初期階段，火星車與地面的通信通過環(huán)繞器采用UHF頻段+X頻段兩種中繼通信方式進行。為保證通信質量，團隊為環(huán)繞器配置了最強“千里眼”“順風耳”——深空應答機加高增益收發(fā)天線。X頻段深空應答機負責環(huán)繞器與地面的通信，UHF頻段收發(fā)信機負責“祝融號”與環(huán)繞器之間通信，再加上2.5米口徑的大天線，共同構成一個立體通信網。
牛俊坡笑稱，自“祝融號”抵達后，自己的生活就進入了火星時間。在飛控人員面前的顯示器上，采訪人員看到三種時間，一個是北京時間，一個是遙測時間，即最近一項數(shù)據從火星上傳回來的時間；還有一個，就是牛俊坡說的火星時間。工作人員將“祝融號”著陸的那一刻設為第一個火星日，到今天，已經是第十個火星日了。在這些緊張忙碌的火星日里，包括張海在內的8名工作人員被分成測控崗和綜合電子崗，前者負責地面、環(huán)繞器、火星車之間的通信，后者負責遙控指令處理等，24小時不間斷對天問一號進行監(jiān)測遙控。這樣高密集的工作將一直持續(xù)到本月月底。
天問已至，求索無疆。牛俊坡笑著說，這還不是最累的時候，等通信工作結束后，環(huán)繞器將對火星進行遙感探測直到壽命結束。“現(xiàn)在它在中繼軌道，一天繞火星轉三圈；到了遙感軌道，一天就不止三圈了，任務量會更多。”
成功著陸背后的“造星人”：
“把危險提前模擬出來，讓它學會怎么處理”
5月15日，天問一號著陸巡視器降落在火星烏托邦平原南部。“穩(wěn)了！”得知這一消息，天津大學建筑工程學院教授蔣明鏡歡呼起來，像是自己學生考上理想高校一樣。
如果把此次火星登陸比作高考，那發(fā)射前的試驗就是模擬考，而蔣明鏡教授和他的“北洋能源與環(huán)境巖土團隊”就是“出卷老師”。火星探測器的著陸時間一般為7—8分鐘，這幾分鐘無法進行人工控制，一切全要靠“祝融號”自己來完成。為了讓“祝融號”“一次考過”，蔣明鏡團隊花了兩年時間，在河北省懷來縣模擬建造了一個火星表面，讓“祝融號”在此提前驗證那決定成敗的著陸過程。
蔣明鏡的主要研究方向是巖土工程，他和石頭、土塊打了幾十年交道，之前也參與過月壤模擬研究。但這次火星地表模擬，對他依然是個不小的挑戰(zhàn)。
“火星引力僅為地球的38%，地形復雜，北半球是被熔巖填平的低原，南半球是充滿隕石坑的高地，中間以斜坡分隔，火山地形穿插其中，比月球復雜多了！”蔣明鏡說，為了盡可能真實還原，團隊建造了多個場景，不僅模擬了火星地貌特征還模擬了重力、激光特征等。

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