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国家航天局局长张克俭宣布中国首次火星探测天问一号任务着落火星圆满成功 。 国家航天局张高翔摄
5月15日7时18分 ， 距离地球3.2亿千米之外 ， “天问一号”成功实现火星表面软着陆 ， 稳稳落在火星乌托邦平原南部预选着陆区 ， 我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功 。
作为首位“旅客” ， “天问一号”成功降落火星 ， 见证了属于中国的“地火专线”正式开通 。 从去年7月23日在文昌航天发射场启程 ， “天问一号”经历了长达近7个月的“奔火”之旅和3个月的“环火”探测 ， 如今“登火”成功 ， 即将开始全新的“火星生活” 。 这一程漫长的旅途 ， 终于迎来了最激动人心的一刻 。 回望来路 ， 这一步步走得稳健 ， 走得扎实 ， 也成就了一个个动人心弦的美丽故事 。
“胖五”搭建“登云梯”
“天问一号”火星探测器的成功发射 ， 迈出了我国行星探测的第一步 。 不到300天里 ， 长征五号系列火箭携“天问一号”冲天奔火、助“嫦娥五号”九天揽月、送“天和”核心舱太空建站 。 3次发射 ， 3步跨越 。 从地月系到太阳系 ， 我国的深空探测正在一步步走远 。
“长征五号火箭投入工程应用 ， 将有力支撑国家重大航天工程的实施 ， 对加快推进航天强国建设发挥重要作用 。 ”航天科技集团一院院长王小军介绍 ， 火箭的能力有多大 ， 航天的舞台就有多大 。 作为目前我国运载能力最强的火箭 ， 长征五号火箭让我国火箭运载能力跻身世界第一梯队 ， 也让我们对探索浩瀚宇宙有了更大的想象空间 。
然而 ， 圆梦的旅程并非一帆风顺 ， 艰难、挑战、巨大的压力 ， 如影随形 。 2020年5月5日 ， 长征五号B火箭用首飞成功扫除“阴霾” ， 扭转了中国航天面临的不利局面 。 这时 ， 距离“天问一号”的发射仅剩两个多月 ， 如果不加速快跑 ， 错过了窗口期 ， 中国的探火计划就要推迟26个月 。
为了抢进度 ， 航天人白天“见缝插针” ， 晚上“废寝忘食” ， 一直干到夜里12点 。 当时 ， 海南文昌正值“桑拿天” ， 就算什么事都不做 ， 待在户外都会大汗淋漓 。 每天 ， 他们皮肤晒到掉皮 ， 衣服全部湿透 ， 身体严重脱水 ， 甚至靠喝补盐液维持 。 主管发射台恢复工作的徐铮肾结石发作 ， 可手里的工作没有停 。 那几天 ， 他是靠止疼药扛过了一波又一波的剧痛 。
送完“天问一号” ， 已是7月底 ， “嫦娥五号”以及“天和”核心舱的发射任务又接踵而至 ， 长征五号团队面临的是停不下来的“接力赛” 。 从2019年10月至今 ， 很多队员连续18个月一直奋战在发射场 ， 经历了5次任务的洗礼 ， 他们陪火箭的日子 ， 比陪家人的都多 。
面对一发发火箭的滚动生产、一次次地突破极限 ， 长征五号火箭第一总指挥、航天科技集团一院党委书记李明华感慨道：真正的强者 ， 不是没有眼泪 ， 而是含着泪依然在奔跑的人 。 这支队伍 ， 不仅是在书写成功 ， 也是在书写历史；不仅是在创造纪录 ， 也是在创造精神 。
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火星探测器“天问一号”着陆火星表面模拟图 。 国家航天局张高翔摄
“千里眼”送上“保命招”
此次着陆火星 ， 过程全靠“天问一号”自主实现 。 面对恶劣的火星环境 ， 如何找准目标 ， 稳稳降落？任务中 ， 专属于火星探测器的太空“千里眼”分外引人注目 ， 也被称为是“着陆末段黑色九分钟的保命手段” 。
这就是中国航天科工二院25所独立研发的具备高精度测量能力的相控阵敏感器 。 相控阵敏感器总工程师孙武介绍 ， 这是国内首次将相控阵体制雷达应用于地外天体着陆测量 。 与此前的载人航天工程任务不同 ， 火星和地球之间距离漫长 ， 通信存在十几分钟的时延 ， 在地球上无法控制着陆过程 ， 必须让着陆巡视器自主完成这‘黑色九分钟’的旅程 ， 对敏感器提出的要求极为苛刻 。
“科技创新这条路 ， 一定会有坎坷 ， 但必须要坚持走 。 ”孙武说 。 据了解 ， 在研制初期 ， 相控阵敏感器团队就瞄准国际领先的目标 ， 制定距离和速度的测量精度要求 。 这是一次新体制在新环境下的新应用 ， 孙武带领研究团队“从零”开始技术攻坚 。 2016年项目成立 ， 相控阵敏感器团队当即组建了总体、调度、组合、工艺、结构、可靠性、物资、质量等突击分队 ， 聚焦关键技术突破 ， 协同集智攻关 ， 从纵向和横向覆盖产品的各个研制环节 ， 完成了多轮产品的设计和研制 ， 通过了直升机挂飞试验、外场扬尘试验、悬停点火试验等十余项试验的验证 ， 最终圆满完成研制任务 。
“立项时间晚 ， 产品技术新 。 ”他们用汗水和拼搏 ， 赢得了火星探测工程总师的高度评价 。
“自主创新是我们攀登世界科技高峰的必由之路 。 ”孙武说 ， 在探索宇宙未知的征途上 ， 创新已经成为中国航天人代代相传的基因 ， 也是不断取得成功的法宝 。
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“祝融号”着陆点 。 国家航天局张高翔摄
“专车”深情送“助攻”
火星探测器“天问一号”包括环绕器和着陆巡视器两部分 。 火星着陆任务的实现 ， 离不开环绕器——这一最安全的星际“专车”的辅助 。
在着陆过程中 ， 环绕器首先需要准确释放着陆器 。 这个分离前后的控制需要大约7个小时 ， 环绕器需要按顺序自主、准确、可靠地完成轨道降低发动机点火和关机、两器分离姿态建立、两器分离后轨道升高发动机点火和关机等一系列动作 。
“稍有不慎 ， 探测器就可能被火星引力拉向火星表面 ， 而由于通讯时延的存在 ， 我们并没有办法实时获知探测器的状态并对异常情况进行干预 。 ”航天科技集团八院环绕器副总设计师朱庆华说道 ， “可以说 ， 器器分离的过程是我们控制算法精度、产品工作可靠性、故障预案周密性等最充分的考验 。 ”
对此 ， 方案设计师王卫华打了个比方：“这就好比在室外 ， 距离标准篮筐980米进行投篮 ， 还必须事先考虑到投篮的角度、时机、投球力度 ， 以及篮球自身旋转运动、风速和风向外部环境等种种因素的影响 。 ”
为了应对如此复杂的状况 ， 设计师们做了不同情况下的预案和对策 。 假如环绕器通过自身的敏感器发现没有完成既定的动作时 ， 会自主带着着陆器迅速进行轨道抬升以避免撞向火星 ， 并在合适的时机再次选择执行两器分离的一系列动作 。
【专线|“地火专线”这样开通！揭秘“天问探火”背后的故事】值得一提的是 ， “卸货”后的环绕器 ， 也并非想象中的“一身轻松” 。 此刻 ， 它需要迅速肩负起对火星表面进行遥感探测的任务 ， 同时选择恰当的时机来将巡视器的数据“中继”传向地球 。
此时 ， 环绕器需要同时实现对巡视器、地球、太阳3个目标的高精度同步指向控制 。 毫不夸张地说 ， 在距离地球2.93亿公里的轨道上准确指向地球 ， 相当于要在2米开外瞄准绣花针孔 ， 而且要在环绕器自身还在不断的飞行运动情况下 ， 时刻保持住瞄准状态 ， 难度可想而知 。
“绝对可以称得上是‘八面玲珑’了！”GNC系统主任设计师聂钦博笑着说道 。
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