火星车 ＂天问探火＂背后的功臣( 二 )
“为保万无一失，我们做了多种极端工况，把不利因素都考虑了进去，什么样最危险，我们都提前模拟出来，让它学会怎么处理。”蒋明镜介绍，光陨石坑，团队就做了几十个。目的是为了让“祝融号”着陆时能够识别，不降落在上面。“因为陨石坑不平整，且坑内土壤的力学性能不明确，降落在上面可能会导致着陆器倾倒。”
“祝融号”落在什么样的地方最好？这次着陆点选在乌托邦平原南部有什么考虑？
蒋明镜说，选在这里着陆，一方面是出于安全考虑，这里地形平缓，陨石坑较少，另一方面也源于这个地方的科学考察价值。如果仅从安全性上说，理想情况是降落在平缓的表面上。“有点像立定跳远，必须落到沙场里面，如果那附近有一块石头，就不能往上踩，踩上去脚就要扭了。”蒋明镜表示，即便落在“沙场”上，也还得保证“祝融号”不会陷进去。为此，团队模拟研究了火星土壤的承载力，提前预估了这些土大约能承载多大重量。
今年32岁的石安宁是天津大学岩土工程专业的博士生，也是蒋明镜团队中的一员。他告诉采访人员，前半年，他们主要是在“实验室里造土”：“这是我们首次登陆火星，火星土壤什么样，谁也没见过。所以我们一方面参考了国外已有的火星探测资料，另一方面是依据团队之前研究月球土壤模拟物的经验。最后选取火山灰作为原材料，在实验室内进行物理力学试验。”
整个“造星”过程，最难的环节是施工。石安宁回忆：“为了保证按时发射，场地建设一直在赶工期，但怀来一年中大部分时间都是低温大风天气，对施工影响很大。”
克服重重困难，2019年9月，项目如期完工。当年10月到11月，这里进行了7次着陆器悬停避障试验。蒋明镜还记得，2019年11月14日，首次对外公开试验当天，怀来夜晚的温度已降到零度以下。在寒冷的北风中，他怀着紧张又期待的心情目睹火星探测器升到空中六七十米高度，点火后缓慢降落到中间高度，悬停四五分钟后，平稳落在地面上。现场十几个国家的驻华大使，都赞叹不已，那一刻，蒋明镜觉得，一切辛苦都值了。
而对石安宁来说，他目前最期待下一步天问二号的火星取土返回：“我很想研究一下真实的火星土壤有什么物理力学性能，如果以后国家建设火星基地，就可以提供帮助。”
轻装上天背后的“瘦身教练”
“探测器多一克重量，增加的发射成本远超一克黄金”
奔向火星，要克服地球强大的引力，这要求天问一号探测器的总重量不能超过5000公斤。但远途旅行，天问一号要带不少“行李”——光推进剂就至少2500公斤。为了上天，天问一号不得不自己瘦下来——它的结构部件应用了世界上最轻的金属结构材料之一——新型镁锂合金。
“密度低、抗电磁干扰、抗辐射……”谈起镁锂合金的优点，西安交通大学材料科学与工程学院教授柴东朗如数家珍。
作为这一材料的研发者，早在2005年，柴东朗就开始了这项研究，灵感源自和朋友的一次聊天。“航天探测器要飞到遥远的宇宙，太胖肯定不行。”从搞航天工程的朋友口中，柴东朗得知，重量对卫星发射和火箭推力有着巨大的影响。过去，航天的主体材料大部分是铝合金，因为航天器对材料的强度及密度要求很高，只有铝合金能满足。“当时，我正在做碳化硅增强铝基复合材料的研究，这种材料性能虽高，但其密度与铝相仿。我就想能不能把它做轻一点？”柴东朗说，在所有金属中，锂的密度最低。他先试着把锂加了进去，材料的重量是减轻了，可强度也变低了。于是他又用其他合金化手段来提升材料的强度及耐热性、耐腐蚀性。在团队的不懈努力下，终于试验成功。此后，又进行开发应用，先后用了10年时间，新型镁锂合金才最终面世。与铝合金相比，同样大小，它的重量仅是铝合金的一半。
对于航天产业而言，重量减轻除了能减少对火箭推力的要求，还有一个重要意义是省钱。“探测器多一克的重量，增加的发射成本远超一克黄金。”镁锂合金生产制造方这样表示。
2016年12月22日，柴东朗在酒泉卫星发射中心亲眼目睹了自己多年的技术成果落地。那一天，长征二号丁运载火箭搭载着高分辨率微纳卫星顺利升空。这颗卫星的整体结构材料采用的就是镁锂合金。卫星升空那一刻，柴东朗没忍住，掉下了眼泪：“心情是很激动的。因为低密度的镁锂合金国外之前就有了，但咱们国家一直没有，国外也不卖给咱们。现在我们终于用上自己的新材料了！”发射结束后，柴东朗还特意去了为航天事业献身的烈士们的陵园。中国航天人一丝不苟、为国奉献的事迹让他再一次心潮澎湃。
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