探寻火星科学之谜,全凭这些探测神器

▲年7月24日新华每日电讯“天问一号”探火专版。（责任编编：赵朝文、杜景坤）

新华每日电讯记者张建松、周琳、丁汀

7月23日12时41分，我国首次自主火星探测任务探测器“天问一号”，在海南文昌发射基地顺利发射升空，正式拉开了我国行星探测的大幕。火星探测，是我国继载人航天工程、探月工程之后又一个重大空间探索项目，中科院上海分院多家单位积极参与，贡献了科技智慧。

▲年7月23日12时41分，我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空，飞行多秒后，成功将探测器送入预定轨道，开启火星探测之旅，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。新华社记者才扬摄

VLBI测轨分系统为“天问一号”保驾护航

“天问一号”成功发射升空后，位于佘山脚下的中科院上海天文台VLBI深空探测指挥控制中心一片忙碌。灯火通明的大厅内，测轨员们一丝不苟盯着电脑屏幕，对“天问一号”展开精密测定轨。

VLBI测轨分系统由北京站、上海站、昆明站、乌鲁木齐站以及位于上海天文台的VLBI数据处理中心组成。这个观测网络构成的望远镜分辨率，相当于口径达多千米的巨大综合口径射电望远镜，测角精度可以达到百分之几角秒，甚至更高。

“航天探测器的测定轨，主要包括测距、测速和测角，VLBI网主要进行测角。”上海天文台洪晓瑜研究员介绍说，“在任务执行中，各地的VLBI观测站开展跟踪观测，并将原始观测数据实时发送到VLBI中心。VLBI中心将测角数据处理结果，第一时间报送到北京航天指挥控制中心。北京中心根据测角数据进行定轨和定位，再向VLBI中心发送跟踪时间计划和探测器轨道预报参数等信息，如此循环跟踪测控。同时，VLBI中心也开展定轨和定位工作。”

目前，VLBI测轨分系统已成功用于我国月球探测器实时高精度测定轨，大幅提高了我国探测器测定轨测定位能力。在“天问一号”火星探测任务中，VLBI测轨分系统组建了一支由位技术人员组成的试验队，负责环绕器在地火转移段、火星捕获段、停泊段、离轨着落段、科学探测段等各个飞行段的VLBI测量和轨道计算任务，以及开展火星车的定位实验。

由于火星探测距离遥远，VLBI测轨分系统新研发了数十台套软件和硬件，如VLBI中心的火星探测VLBI数据处理系统和定轨定位系统，4个观测站的制冷接收机、前置型数据采集终端、基准信号锁相传输系统、GNSS接收机、氢原子钟、水汽辐射计等。经过观测验证，可进一步提高观测装置的测量精度和可靠性，以及大气和电离层时延的改正精度。

▲7月23日，在中国文昌航天发射场测控大厅，航天科技人员庆祝发射成功。新华社记者才扬摄

“天问一号”搭载了上海造的“探测神器”

为探寻火星上的科学之谜，“天问一号”上搭载众多“探测神器”。其中包括中科院上海技物所研制的火星表面成分探测仪、火星矿物光谱分析仪，用于测量火星表面岩石成分。火星表面成分探测仪中的激光器由上海光机所研制。

据中科院上海技物所副所长舒嵘研究员介绍，火星表面成分探测仪是火星车上的主要有效载荷之一。火星车在火星表面软着陆后，将开展火星漫步。该仪器可探测火星表面物质反射太阳光的辐射信息，还可向2－5米内的目标主动发射激光，使其局部气化产生等离子体，通过测量其释放出的原子发射光谱，获取物质元素的成分和含量。这对研究火星的形成、地质的长期演变过程等具有重要科学意义。

火星矿物光谱分析仪则搭载在火星环绕器上。在环绕器对火星开展科学遥感探测期间，该仪器可在近火段km以下轨道，通过推帚式成像、多元实时动态融合的总体技术，获取火星表面的地貌图像与相应位置的光谱信息，为探测火星表面元素与矿物成分等提供科学数据。

给“天问一号”仪器设备穿上“智能外衣”

航天器进入太空轨道后，处于地球大气层以外的超高真空空间环境，朝向太阳的表面温度非常热，而背向太阳的表面则非常冷。为了保证仪器设备表面温度处于正常工作状态，需要在航天器外表面，使用不同的太阳吸收率和热辐射率的涂层，来调节其热平衡温度。

中科院上海有机化学研究所是我国系统研制有机热控涂层的唯一单位。自上个世纪六十年代以来，该所已研制出几十种不同用途的有机热控涂层，就像能调控温度的衣服一样，“穿”在航天器和仪器的外表面。“天问一号”火星探测器上一些仪器设备，都穿上了这种“智能外衣”。

在“天问一号”火星探测任务中，中国科学院上海硅酸盐研究所也承担了耐高温多层隔热材料等多种关键材料的研制，参与火星巡视器太阳帆板除尘的前期工作，为火星用关键材料开展空间环境适应性考核试验，以确保关键材料在型号上的可靠应用。