“天问一号”火星探测器的上海智造

　　“天问一号”火星探测器昨天成功发射升空，中国航天科技集团有限公司第八研究院院长张宏俊介绍，中国航天科技集团有限公司第八研究院承担长征五号助推器以及火星环绕器的总体设计与研制工作。

　　另外，“天问一号”火星探测器上的两台有效载荷也来自上海制造！它们就是中国科学院上海技术物理研究所负责研制火星表面成分探测仪和火星矿物光谱分析仪两台有效载荷，将分别在着陆巡视和火星环绕两个环节对火星表面元素与矿物成分开展科学探测。

　　天问探火·火箭助推器

　　“四兄弟”为“长五”

　　提供逾90%起飞推力

　　长征五号运载火箭芯级直径达5米，捆绑4个3.35米助推器，起飞推力超过1000吨，具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力。本次发射是长征五号运载火箭第4次发射，长征五号系列运载火箭第5次发射，也是长征系列运载火箭第340次发射。

　　长征五号是我国首个采用助推器支撑的捆绑火箭，4个直径3.35米助推器迄今为止都是国内最大的低温液体助推器。助推器五脏俱全，相当于一枚单级运载火箭。每个助推器安装了2台120吨液氧煤油发动机，并为全箭提供竖立状态的支撑。此外，长征五号助推器采用的气动外形良好的斜头锥是国内最大的偏置集中力舱体。

　　中国航天科技集团有限公司第八研究院党委书记宗文波告诉记者，长征五号4个助推器为火箭提供了90%以上的起飞推力，是长征五号运载火箭起飞的主要动力源。助推器需要实现三大功能，形象地说就是“撑得住、点得着、分得开”。

　　长征五号运载火箭副总指挥兼副总设计师鲍国苗介绍，自2006年10月立项以来，中国航天科技集团有限公司第八研究院长征五号型号研制团队先后突破了低温POGO分析和抑制技术、偏置集中力设计分析与试验技术、氦加温增压技术、尾部防热技术等14项重大关键技术攻关。当时最具挑战的是国内首个前捆绑点主传力舱体结构，因其能极大地改善芯级部分舱段的载荷环境，提高运载能力，中国航天科技集团有限公司第八研究院长征五号型号便成了国内该领域首个“吃螃蟹”的。

　　天问探火·环绕器

　　实现地火间

　　超远距离测控通信

　　记者了解到，环绕器具备三大功能：飞行器、通信器和探测器。约七个月的飞行过程中，环绕器首先作为飞行器，将着陆巡视器送至火星着陆轨道；待成功释放着陆巡视器后，环绕器作为通信器，为着陆器建立与地球之间中继通信链路；通信工作结束后，环绕器作为科学探测器对火星进行遥感探测。

　　首次火星探测任务探测器系统副总指挥兼环绕器总指挥张玉花介绍，根据任务分工，中国航天科技集团有限公司第八研究院承担本次火星探测任务中的环绕器总体设计与研制工作，在研制过程中攻克火星制动捕获、长期自主管理等关键技术难点，将实现地火间的超远距离测控通信，并将通过环绕探测实现火星全球性、综合性探测，完成火星表面重点地区高精度、高分辨率精细详查。

　　首次火星探测任务探测器系统副总师兼环绕器总设计师王献忠介绍，火星环绕器设计寿命3年，采用“外部六面柱体+中心承力锥筒”构型，满足5个飞行阶段和11种飞行模式的设备布局需求。火星环绕器携带着陆巡视器，主要完成地火转移、火星制动捕获、轨道调整等任务，为火星车提供3个月的中继支持服务，通过携带的高分辨率相机、中分辨率相机、次表层探测雷达等有效载荷对火星开展约一个火星年的科学探测，实现对火星全球普查和局部详查。

　　天问探火·两大载荷

　　探测火星表面

　　地貌图像等“神秘”信息

　　“这两个载荷一个在环绕器上，一个在火星车上。两个载荷都是围绕着矿物成分探测的。”上海技物所副所长、研究员舒嵘表示，软着陆于火星表面后，火星车将搭载着火星表面成分探测仪等载荷驶离着陆平台，开始火星漫步。火星表面成分探测仪结合被动短波红外光谱探测和主动激光诱导击穿光谱探测技术，除了探测火星表面物质反射太阳光的辐射信息，还可以向周围目标主动发射激光，使其局部气化产生等离子体，测量其释放出的原子发射光谱，准确获取物质元素的成分和含量。

　　“研究火星上的矿物成分分布，就可以进一步了解它的演化和发展过程，倒过来也可以研究地球。”上海技物所研究员何志平表示，科学家和工程师也会根据探测任务综合选取探测着陆点。

　　为适应火星严酷的气候环境，科研人员在探测仪“防寒保暖”方面下足功夫，使其可以在大范围的极端温度区间内正常工作。火星车以几天为一个工作周期，通过指令预设单元探测任务后，实现全自动操作。它们探测到的光谱数据预存在火星车里，再定期借由环绕器传回地球。

　　环绕器除中继通信外，还将开展科学遥感探测，其中搭载的火星矿物光谱分析仪将在近火段800公里以下轨道，采用推帚式成像、多元实时动态融合的总体技术方案，获取火星表面地貌图像与相应位置的光谱信息。

　　这些仪器突破了红外背景抑制、高效分光组件、器上组合定标等关键技术，集轻小型、低功耗、高性能于一身，以期实现探的更“精”、测的更“准”的科学探测目标。后续，矿物光谱分析仪与表面成分探测仪还有望开展天地协同实验。

　　中科院上海技物所这两台载荷继承了嫦娥探月工程相关载荷研制任务的经验和基础，对探测火星表面元素与矿物成分等具有重要意义，将为火星形成、地质演变研究提供重要科学依据。

　　“天问”环绕器

　　此次任务涉及五大主要环节

　　●地火转移段：环绕器需要进行4-5次中途修正和一次深空机动修正飞行路径，走过超过4亿公里的路径才能逐渐飞近火星。

　　●火星捕获段：发射约200天后，探测器将被火星捕获，此时距离地球近1.93亿公里，通讯时延约11分钟，只能通过自主管理制动点火进入火星捕获轨道，这一脚“刹车”风险非常高：踩早了，速度降得过低就会坠入大气层撞击火星；踩晚了，就不能被火星引力捕获，从而飞离火星。

　　●离轨着陆段：进入捕获轨道后，环绕器将调整至停泊轨道，完成着陆巡视器预选落区的探测和进入点位置调整动作。确认着陆条件满足要求后，将择机降轨释放，着陆巡视器分离后环绕器再抬轨回到停泊轨道。

　　●中继通信段：环绕器将再次进入中继轨道，为地球与火星车提供为期3个月的中继通信服务，为它们搭建起沟通的桥梁。

　　●科学探测段：中继任务结束后，环绕器将再次进行降轨进入科学探测轨道，并利用7种有效载荷，对火星轨道空间、火星表面开展科学探测，获取火星表面图像、地质构造和地形地貌、表层结构、矿物组成和分布、空间磁场环境、近火星空间环境粒子特征及其变化规律。