5月15日7時(shí)18分

天問一號(hào)著陸巡視器

在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)登陸

我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)

著陸火星圓滿成功

紅色火星上

首次有了中國(guó)印跡！

7天后的5月22日

“祝融號(hào)”火星車開始執(zhí)行

我國(guó)首次火星任務(wù)中最后一個(gè)階段的任務(wù)

——巡視探測(cè)

《面對(duì)面》記者專訪了航天科技集團(tuán)五院

“天問一號(hào)”火星探測(cè)器系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師孫澤洲

揭秘中國(guó)成功“探火”的背后故事

與美國(guó)、阿聯(lián)酋航天器同場(chǎng)競(jìng)技

“壓力程度無(wú)法用語(yǔ)言形容”

5月15日，“天問一號(hào)”成功著陸，我國(guó)成為世界上僅有的幾個(gè)登陸火星的國(guó)家。“天問一號(hào)”的這次飛行，其實(shí)是與阿聯(lián)酋的“希望號(hào)”和美國(guó)的“毅力號(hào)”同場(chǎng)競(jìng)技。2020年7月的發(fā)射窗口期，三個(gè)國(guó)家的三顆火星探測(cè)器相繼發(fā)射升空，踏上奔向火星的征途。“希望號(hào)”的目標(biāo)是環(huán)繞火星研究火星大氣，而“天問一號(hào)”和“毅力號(hào)”的目標(biāo)都是登陸火星。2021年2月，“希望號(hào)”與“天問一號(hào)”進(jìn)入環(huán)火軌道，“毅力號(hào)”成功降落火星表面。

在講到三國(guó)航天器同場(chǎng)競(jìng)技時(shí)，孫澤洲一度哽咽。

記者：一旦跟別的國(guó)家同臺(tái)競(jìng)技，尤其還是在領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)比我們提前幾十年的國(guó)家，這個(gè)時(shí)候附加的壓力有多大？

孫澤洲：我們?cè)虑蛱綔y(cè)的時(shí)候沒有人跟我們?cè)谕瑫r(shí)期做月球軟著陸探測(cè)，類似于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)只有我一個(gè)運(yùn)動(dòng)員，成功與否只是我的一次任務(wù)而已。而這次三個(gè)航天器同場(chǎng)競(jìng)技，阿聯(lián)酋“希望號(hào)”已經(jīng)環(huán)繞成功了，美國(guó)“毅力號(hào)”已經(jīng)著陸成功了，這時(shí)候“天問一號(hào)”在我心里已經(jīng)不是一個(gè)任務(wù)完不完成這么簡(jiǎn)單，我不太好用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)我壓力的程度，但確實(shí)我包括我們團(tuán)隊(duì)在這個(gè)過程中承受的壓力跟以前的任務(wù)相比，真的不一樣。

“天問一號(hào)”裝有“黑匣子”

為著陸失敗做準(zhǔn)備

2016年，中國(guó)火星探測(cè)任務(wù)和嫦娥四號(hào)探測(cè)器任務(wù)分別正式立項(xiàng)，孫澤洲被任命為兩大探測(cè)器的“雙料”總設(shè)計(jì)師，一面飛“月球”，一面奔“火星”。從“探月”到“探火”，距離從38萬(wàn)公里一下子“跨越”到4億公里，而且火星表面環(huán)境更為復(fù)雜兇險(xiǎn)。首次火星探測(cè)任務(wù)計(jì)劃通過一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視，對(duì)火星進(jìn)行全球性、綜合性的環(huán)繞探測(cè)，在火星表面開展區(qū)域巡視探測(cè)。想要通過一次發(fā)射就完成三項(xiàng)目標(biāo)，這在全球尚屬首次。

記者：有這樣一句話，“火星是很多探測(cè)器的墳場(chǎng)，也就是說(shuō)它失敗率實(shí)在是太高了，人家單項(xiàng)任務(wù)失敗率就很高，我們要一次出發(fā)完成三項(xiàng)任務(wù)。你們?cè)谠O(shè)計(jì)之初有沒有把這些因素都綜合考慮進(jìn)去，萬(wàn)一我們失敗了？”

孫澤洲：我們做了很多準(zhǔn)備，甚至可以說(shuō)至少有一半甚至一半以上的精力都是在做防止極小概率事情發(fā)生的工作。這次著陸系統(tǒng)還帶了一個(gè)信標(biāo)裝置，類似于飛機(jī)的黑匣子，我們考慮到如果沒有真正平穩(wěn)著陸到火星表面，比如撞擊的話，我們?cè)谝欢ǔ潭壬弦部梢钥窟@個(gè)信標(biāo)把進(jìn)入過程中關(guān)鍵的記錄數(shù)據(jù)傳回地面，便于我們對(duì)過程中的原因進(jìn)行分析。

9分鐘內(nèi)從2萬(wàn)千米時(shí)速降至0

“天問一號(hào)”是如何做到的？

5月15日，經(jīng)過半年多的飛行，“天問一號(hào)”探測(cè)器終于成功著陸火星。火星的北半球多平原，南半球多山地，因此“天問一號(hào)”的著陸地點(diǎn)就選擇在火星北半球的烏托邦平原南部。雖然是“平原”，但這并不意味探測(cè)器可以高枕無(wú)憂。

“天問一號(hào)”探測(cè)器的整個(gè)降落過程大致分為進(jìn)入——減速——軟著陸三步。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部火星探測(cè)器總體主任設(shè)計(jì)師王闖介紹，“天問一號(hào)”探測(cè)器在進(jìn)入火星大氣層以后首先借助火星大氣進(jìn)行氣動(dòng)減速，這個(gè)過程它克服了高溫和姿態(tài)偏差， 氣動(dòng)減速完成后“天問一號(hào)”的下降速度也減掉了90%左右。

“天問一號(hào)”動(dòng)力減速模擬圖

緊接著它打開降落傘進(jìn)行傘系減速，當(dāng)速度降至100米/秒時(shí)，再通過反推發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速，由大氣減速階段進(jìn)入動(dòng)力減速階段。在距離火星地表100米時(shí)，“天問一號(hào)”進(jìn)入懸停階段，完成精避障和緩速下降后，著陸巡視器在緩沖機(jī)構(gòu)的保護(hù)下，抵達(dá)火星表面。

“天問一號(hào)“著陸過程模擬圖

總的來(lái)說(shuō)，整個(gè)過程“天問一號(hào)”在9分鐘內(nèi)將約2萬(wàn)千米/小時(shí)的速度降至0米/時(shí)。值得一提的是，雖然此前我國(guó)已有月表著陸經(jīng)驗(yàn)，但是此次“天問一號(hào)”火星軟著陸任務(wù)更加艱難。一方面火星表面存在大氣，它比月球表面的環(huán)境更復(fù)雜；另一方面火星離地球距離更加遙遠(yuǎn)，通信時(shí)延達(dá)到20分鐘左右，因此整個(gè)著陸過程，地球上的科技人員來(lái)不及做任何處置，只能靠“天問一號(hào)”自主完成，經(jīng)歷“未知九分鐘”。

五院總體設(shè)計(jì)部火星巡視器總體主任設(shè)計(jì)師陳百超說(shuō)，我國(guó)是首次實(shí)施火星探測(cè)任務(wù)，對(duì)火星的環(huán)境，特別是大氣等參數(shù)沒有一手?jǐn)?shù)據(jù)，相當(dāng)于到了一個(gè)完全未知的一個(gè)環(huán)境，這種難度可想而知。

從著陸到巡視探測(cè)

中間為何留出7天時(shí)間？

5月22日10時(shí)40分，“祝融號(hào)”火星車到達(dá)火星表面，開始執(zhí)行我國(guó)首次火星任務(wù)中最后一個(gè)階段的任務(wù)——巡視探測(cè)。5月15日7時(shí)18分，“天問一號(hào)”探測(cè)器成功著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)。

記者：著陸之后，火星車停留的這幾天在做什么呢？

孫澤洲：首先著陸之后第一天它有大量的關(guān)于自己狀態(tài)的設(shè)置，包括桅桿的展開、太陽(yáng)翼的展開、天線的展開、移動(dòng)懸架的抬升等一系列工作，之后幾天它要完成對(duì)周圍的環(huán)境感知，以及與地面建立通訊。

“火星蝴蝶”

是如何設(shè)計(jì)出來(lái)的？

接下來(lái)的3個(gè)火星月，“祝融號(hào)”將在火星上開展地表成分、物質(zhì)類型分布、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及火星氣象環(huán)境等探測(cè)工作。這輛以中國(guó)上古神話中的火神命名的火星車重量達(dá)到240公斤左右，為6輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，攜帶6臺(tái)載荷，其太陽(yáng)翼呈蝴蝶翼形。因此有人形象地將“祝融號(hào)”火星車比喻為“火星蝴蝶”。

記者：為什么是蝴蝶呢？蝴蝶的想法是哪來(lái)的？

孫澤洲：我們太陽(yáng)翼必須要面積大，不是因?yàn)橄朐O(shè)計(jì)成蝴蝶，是大家設(shè)計(jì)完之后覺得它像蝴蝶，收攏的時(shí)候都是扣在一起的。這個(gè)設(shè)計(jì)巧妙，同時(shí)還非常美觀。針對(duì)太陽(yáng)翼的方案初期我們做了不止十種，一開始設(shè)計(jì)成翻開再展開的，我說(shuō)那樣不行，一個(gè)是很復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)大，另外也太丑了。再一個(gè)需要二次展開，它也不可靠。我們最后設(shè)計(jì)成這樣，大家覺得非常美觀，我覺得很有特征，很有我們的標(biāo)識(shí)感。

為模擬火星開傘

專門研制發(fā)射火箭彈

火星和地球的公轉(zhuǎn)周期決定了大約每隔26個(gè)月，有一個(gè)最佳發(fā)射窗口，這時(shí)航天器從地球出發(fā)到達(dá)火星所需要的轉(zhuǎn)移能量最少。

為了趕在2020年的最佳發(fā)射窗口前完成所有準(zhǔn)備工作，孫澤洲帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)遠(yuǎn)赴新疆戈壁、內(nèi)蒙草原進(jìn)行大量外場(chǎng)試驗(yàn)，建造火星環(huán)境模擬試驗(yàn)設(shè)施，完成了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

孫澤洲：我們不是簡(jiǎn)單地把傘用飛機(jī)拉到空中，然后把傘一扔就行。對(duì)進(jìn)入地球的航天器來(lái)講，用這種方式驗(yàn)證這個(gè)傘可以，但火星大氣比較稀薄，我們要在距離地球地面30多公里高度的情況下進(jìn)行模擬，才能跟進(jìn)入火星時(shí)大氣密度比較相似。我們?yōu)榱蓑?yàn)證這個(gè)傘，新研制了一枚火箭彈，把傘裝到模型上去，通過火箭彈把它打到我們要求的30—50公里的高度，火箭彈再把它分離出來(lái)。這個(gè)傘和模型之間再用我們的程控來(lái)控制，進(jìn)行開傘，模擬在火星上開傘的過程。

“未來(lái)的行星探測(cè)

要選出30歲的總師”

34歲擔(dān)任副總設(shè)計(jì)師，38歲擔(dān)任系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師，如今51歲的孫澤洲已經(jīng)作為總師放飛了嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)和天問一號(hào)三個(gè)深空探測(cè)器。從“奔月”到“探火”，正是千千萬(wàn)萬(wàn)和孫澤洲一樣的航天人不斷問天，推動(dòng)著中國(guó)探測(cè)器一步步遠(yuǎn)行，探索深空的奧秘。

孫澤洲：上世紀(jì)九十年代初我來(lái)到五院，那時(shí)候任務(wù)真的很少，一年發(fā)射不了一顆，后來(lái)從九十年代末開始有一個(gè)快速的發(fā)展期，這個(gè)發(fā)展期給我們提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，到現(xiàn)在我們也在重視這方面，大膽地給年輕人壓擔(dān)子，給他們更多的信任，那天我還說(shuō)，以后的深空探測(cè)真的需要80后，甚至要讓更年輕的人擔(dān)當(dāng)主力。為什么這么說(shuō)？像我們現(xiàn)在到月球幾天的飛行，到火星幾個(gè)月的飛行，到木星幾年的飛行，以后要到天王星、海王星，那可能需要幾十年的飛行。

記者：我入職的時(shí)候它飛走，我退休的時(shí)候它才到。

孫澤洲：所以我們開玩笑，下回更遠(yuǎn)的行星探測(cè)我們一定要選一個(gè)30歲的總師，要不然等飛到了，總師都退休了。

來(lái)源：綜合整理自微信公眾號(hào)“北京日?qǐng)?bào)”、央視新聞客戶端 、中國(guó)航天科技集團(tuán)五院

責(zé)任編輯：程雪涵