“地火專線”這樣開通!揭秘“天問探火”背后的故事

趙竹青

2021年05月17日09:45  來源:人民網
 
原標題:“地火專線”這樣開通!揭秘“天問探火”背后的故事

  國家航天局局長張克儉宣布中國首次火星探測天問一號任務著落火星圓滿成功。國家航天局張高翔攝

  5月15日7時18分,距離地球3.2億千米之外,“天問一號”成功實現火星表面軟著陸,穩穩落在火星烏托邦平原南部預選著陸區,我國首次火星探測任務著陸火星取得圓滿成功。

  作為首位“旅客”,“天問一號”成功降落火星,見証了屬於中國的“地火專線”正式開通。從去年7月23日在文昌航天發射場啟程,“天問一號”經歷了長達近7個月的“奔火”之旅和3個月的“環火”探測,如今“登火”成功,即將開始全新的“火星生活”。這一程漫長的旅途,終於迎來了最激動人心的一刻。回望來路,這一步步走得穩健,走得扎實,也成就了一個個動人心弦的美麗故事。

  “胖五”搭建“登雲梯”

  “天問一號”火星探測器的成功發射,邁出了我國行星探測的第一步。不到300天裡,長征五號系列火箭攜“天問一號”沖天奔火、助“嫦娥五號”九天攬月、送“天和”核心艙太空建站。3次發射,3步跨越。從地月系到太陽系,我國的深空探測正在一步步走遠。

  “長征五號火箭投入工程應用,將有力支撐國家重大航天工程的實施,對加快推進航天強國建設發揮重要作用。”航天科技集團一院院長王小軍介紹,火箭的能力有多大,航天的舞台就有多大。作為目前我國運載能力最強的火箭,長征五號火箭讓我國火箭運載能力躋身世界第一梯隊,也讓我們對探索浩瀚宇宙有了更大的想象空間。

  然而,圓夢的旅程並非一帆風順,艱難、挑戰、巨大的壓力,如影隨形。2020年5月5日,長征五號B火箭用首飛成功掃除“陰霾”,扭轉了中國航天面臨的不利局面。這時,距離“天問一號”的發射僅剩兩個多月,如果不加速快跑,錯過了窗口期,中國的探火計劃就要推遲26個月。

  為了搶進度,航天人白天“見縫插針”,晚上“廢寢忘食”,一直干到夜裡12點。當時,海南文昌正值“桑拿天”,就算什麼事都不做,待在戶外都會大汗淋漓。每天,他們皮膚晒到掉皮,衣服全部濕透,身體嚴重脫水,甚至靠喝補鹽液維持。主管發射台恢復工作的徐錚腎結石發作,可手裡的工作沒有停。那幾天,他是靠止疼藥扛過了一波又一波的劇痛。

  送完“天問一號”,已是7月底,“嫦娥五號”以及“天和”核心艙的發射任務又接踵而至,長征五號團隊面臨的是停不下來的“接力賽”。從2019年10月至今,很多隊員連續18個月一直奮戰在發射場,經歷了5次任務的洗禮,他們陪火箭的日子,比陪家人的都多。

  面對一發發火箭的滾動生產、一次次地突破極限,長征五號火箭第一總指揮、航天科技集團一院黨委書記李明華感慨道:真正的強者,不是沒有眼淚,而是含著淚依然在奔跑的人。這支隊伍,不僅是在書寫成功,也是在書寫歷史﹔不僅是在創造紀錄,也是在創造精神。

  火星探測器“天問一號”著陸火星表面模擬圖。國家航天局張高翔攝

  “千裡眼”送上“保命招”

  此次著陸火星,過程全靠“天問一號”自主實現。面對惡劣的火星環境,如何找准目標,穩穩降落?任務中,專屬於火星探測器的太空“千裡眼”分外引人注目,也被稱為是“著陸末段黑色九分鐘的保命手段”。

  這就是中國航天科工二院25所獨立研發的具備高精度測量能力的相控陣敏感器。相控陣敏感器總工程師孫武介紹,這是國內首次將相控陣體制雷達應用於地外天體著陸測量。與此前的載人航天工程任務不同,火星和地球之間距離漫長,通信存在十幾分鐘的時延,在地球上無法控制著陸過程,必須讓著陸巡視器自主完成這‘黑色九分鐘’的旅程,對敏感器提出的要求極為苛刻。

  “科技創新這條路,一定會有坎坷,但必須要堅持走。”孫武說。據了解,在研制初期,相控陣敏感器團隊就瞄准國際領先的目標,制定距離和速度的測量精度要求。這是一次新體制在新環境下的新應用,孫武帶領研究團隊“從零”開始技術攻堅。2016年項目成立,相控陣敏感器團隊當即組建了總體、調度、組合、工藝、結構、可靠性、物資、質量等突擊分隊,聚焦關鍵技術突破,協同集智攻關,從縱向和橫向覆蓋產品的各個研制環節,完成了多輪產品的設計和研制,通過了直升機挂飛試驗、外場揚塵試驗、懸停點火試驗等十余項試驗的驗証,最終圓滿完成研制任務。

  “立項時間晚,產品技術新。”他們用汗水和拼搏,贏得了火星探測工程總師的高度評價。

  “自主創新是我們攀登世界科技高峰的必由之路。”孫武說,在探索宇宙未知的征途上,創新已經成為中國航天人代代相傳的基因,也是不斷取得成功的法寶。

  “祝融號”著陸點。國家航天局張高翔攝

  “專車”深情送“助攻”

  火星探測器“天問一號”包括環繞器和著陸巡視器兩部分。火星著陸任務的實現,離不開環繞器——這一最安全的星際“專車”的輔助。

  在著陸過程中,環繞器首先需要准確釋放著陸器。這個分離前后的控制需要大約7個小時,環繞器需要按順序自主、准確、可靠地完成軌道降低發動機點火和關機、兩器分離姿態建立、兩器分離后軌道升高發動機點火和關機等一系列動作。

  “稍有不慎,探測器就可能被火星引力拉向火星表面,而由於通訊時延的存在,我們並沒有辦法實時獲知探測器的狀態並對異常情況進行干預。”航天科技集團八院環繞器副總設計師朱慶華說道,“可以說,器器分離的過程是我們控制算法精度、產品工作可靠性、故障預案周密性等最充分的考驗。”

  對此,方案設計師王衛華打了個比方:“這就好比在室外,距離標准籃筐980米進行投籃,還必須事先考慮到投籃的角度、時機、投球力度,以及籃球自身旋轉運動、風速和風向外部環境等種種因素的影響。”

  為了應對如此復雜的狀況,設計師們做了不同情況下的預案和對策。假如環繞器通過自身的敏感器發現沒有完成既定的動作時,會自主帶著著陸器迅速進行軌道抬升以避免撞向火星,並在合適的時機再次選擇執行兩器分離的一系列動作。

  值得一提的是,“卸貨”后的環繞器,也並非想象中的“一身輕鬆”。此刻,它需要迅速肩負起對火星表面進行遙感探測的任務,同時選擇恰當的時機來將巡視器的數據“中繼”傳向地球。

  此時,環繞器需要同時實現對巡視器、地球、太陽3個目標的高精度同步指向控制。毫不夸張地說,在距離地球2.93億公裡的軌道上准確指向地球,相當於要在2米開外瞄准繡花針孔,而且要在環繞器自身還在不斷的飛行運動情況下,時刻保持住瞄准狀態,難度可想而知。

  “絕對可以稱得上是‘八面玲瓏’了!”GNC系統主任設計師聶欽博笑著說道。

(責編:木勝玉、徐前)

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