▲天問(wèn)一號(hào)120萬(wàn)公里處拍攝地月合影

▲天問(wèn)一號(hào)目前已經(jīng)飛離地球引力范圍

“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器順利抵達(dá)火星后將會(huì)擇機(jī)進(jìn)入一條近火點(diǎn)高度265km、傾角86.9°、運(yùn)行周期為2天的大橢圓停泊軌道，并在此運(yùn)行將近三個(gè)月的時(shí)間，以完成著陸區(qū)預(yù)先探測(cè)等前期準(zhǔn)備工作。

▲環(huán)火飛行進(jìn)行著陸區(qū)勘察工作

待一切準(zhǔn)備就緒，著陸器—巡視器組合體將被包裹在和飛船返回艙類(lèi)似的球錐狀艙體內(nèi)以4.8km/s的高速一頭扎進(jìn)火星大氣層，經(jīng)歷“恐怖8分鐘”后著陸在火星烏托邦平原上的預(yù)定區(qū)域。

▲烏托邦平原預(yù)定著陸區(qū)位置示意圖

44年前，大洋彼岸的“海盜二號(hào)”著陸器同樣降落在這片平原，當(dāng)年，他們以“維京一號(hào)”和“維京二號(hào)”的成功著陸開(kāi)啟了人類(lèi)探測(cè)火星的新時(shí)代。45年后，還是在這里，“天問(wèn)一號(hào)”著巡組合體將繼續(xù)書(shū)寫(xiě)人類(lèi)探火新歷史。

▲維京二號(hào)著陸器拍攝的圖像

烏托邦平原是火星上的最大平原，位于北半球，直徑3200公里，這里被認(rèn)為在古代火星可能是一個(gè)海灣或湖泊與陸地的相接處，在尋找火星生命和水源方面潛藏著巨大的探測(cè)價(jià)值。

而且該平原地勢(shì)平坦廣闊、少有隕石坑、光照條件好，沙塵暴、塵卷風(fēng)等自然災(zāi)害也相對(duì)較少，十分有利于巡視器正常開(kāi)展探測(cè)活動(dòng)，這對(duì)于初次探測(cè)火星的我們來(lái)說(shuō)可謂誘惑滿滿。

▲火星近地表含水冰的區(qū)域

因此，在權(quán)衡地形地貌特征、光照條件、著陸風(fēng)險(xiǎn)、火星車(chē)行走避障能力要求等多方面科學(xué)和工程因素后，本著工程實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)低、科學(xué)探測(cè)價(jià)值高的原則，我們將位于烏托邦平原南端，屬赫斯伯利亞紀(jì)晚期低地單元（東經(jīng)110.318度，北緯24.748度）定為此次“天問(wèn)一號(hào)”任務(wù)的首選著陸地點(diǎn)。

備選著陸區(qū)選在烏托邦平原東南部，接近埃律西昂火山巖漿流入烏托邦平原的入口處。

選定了任務(wù)著陸地點(diǎn)，就要考慮如何安全、準(zhǔn)確地把著巡組合體投放到那里。組合體采用獨(dú)創(chuàng)的“彈道升力式+配平翼”方案進(jìn)入火星大氣層，最后采用和“嫦娥三號(hào)/四號(hào)”相同的“發(fā)動(dòng)機(jī)反推+腿式緩沖”方案平穩(wěn)降落至火星表面。

▲天問(wèn)一號(hào)著陸巡視器組合體

降落到預(yù)定地點(diǎn)后，就到了巡視器（即火星車(chē)）“閃亮登場(chǎng)”的時(shí)刻。“天問(wèn)一號(hào)”的火星車(chē)高1.85米，質(zhì)量為240kg，超過(guò)了之前大洋彼岸發(fā)射的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車(chē)。

它和我們已成功進(jìn)行月球探測(cè)任務(wù)的兩臺(tái)“玉兔”月球車(chē)在結(jié)構(gòu)布局上有很多相似之處，例如兩者車(chē)身前部都有一根用于搭載導(dǎo)航相機(jī)和其他探測(cè)設(shè)備的桅桿，車(chē)身下部都有6個(gè)供其在月球或火星表面正常行走并可獨(dú)立自由旋轉(zhuǎn)的車(chē)輪。針對(duì)此次任務(wù)新要求，研制人員還對(duì)火星車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)等方面進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)。

▲天問(wèn)一號(hào)火星車(chē)著陸展開(kāi)太陽(yáng)翼

火星車(chē)采用箱板式構(gòu)型，車(chē)身兩側(cè)兩對(duì)太陽(yáng)能電池翼完全展開(kāi)后呈漂亮的藍(lán)色閃蝶形狀，展開(kāi)面積也比“玉兔”月球車(chē)更大。火星探測(cè)器副總設(shè)計(jì)師賈陽(yáng)說(shuō)：“火星車(chē)太陽(yáng)能電池翼的形狀設(shè)計(jì)既考慮了功能，也考慮了外觀”。

當(dāng)火星車(chē)處于充電狀態(tài)時(shí)，其車(chē)身前端太陽(yáng)翼還可根據(jù)太陽(yáng)光入射角來(lái)調(diào)整自己的角度，以保證能夠更加有效地采集能量。這一點(diǎn)跟“嫦娥三號(hào)/四號(hào)”著陸器如出一轍。

▲電池翼可根據(jù)太陽(yáng)入射角調(diào)整展開(kāi)角度

▲天問(wèn)一號(hào)火星車(chē)車(chē)輪能實(shí)現(xiàn)180度大角度轉(zhuǎn)向

天問(wèn)一號(hào)火星車(chē)整體技術(shù)水平遠(yuǎn)超“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)，一些技術(shù)指標(biāo)甚至和代表人類(lèi)火星探測(cè)技術(shù)巔峰的“好奇”號(hào)火星車(chē)相當(dāng)。例如：

▲天問(wèn)一號(hào)火星車(chē)演示蟹行機(jī)動(dòng)（橫著走）

此外，它還配備了能根據(jù)自身行駛條件自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)剛度和阻尼特性的主動(dòng)懸架，無(wú)論火星表面“路況”如何變化，主動(dòng)懸架始終能處于最佳減震狀態(tài)，使火星車(chē)具有極佳的通過(guò)性、平順性與操縱穩(wěn)定性。擁有兩種獨(dú)創(chuàng)的移動(dòng)方式以及擅長(zhǎng)“隨機(jī)應(yīng)變”的主動(dòng)懸架，“人類(lèi)火表機(jī)動(dòng)能力最強(qiáng)火星車(chē)”這一殊榮自然歸我們所有。

▲火星車(chē)蠕動(dòng)原理示意圖

通信能力上也是力壓群雄。對(duì)軌道器通信天問(wèn)一號(hào)火星車(chē)采用UHF+X雙頻段通信機(jī)制，當(dāng)運(yùn)行在中繼通信軌道上的環(huán)繞器位于火星車(chē)的可通信區(qū)間時(shí)就可作為中繼星把火星車(chē)發(fā)送的數(shù)據(jù)中繼傳輸至地球測(cè)控站。另外，歐空局“火星快車(chē)”軌道器也可作為備份為我們的火星車(chē)提供中繼傳輸服務(wù)。

▲天問(wèn)一號(hào)軌道器既能環(huán)火探測(cè)也能中繼通信

對(duì)地球直接通信方面，天問(wèn)一號(hào)火星車(chē)采用X頻段低增益接收和定向收發(fā)天線，以便于火星車(chē)在環(huán)繞器運(yùn)行到可通信區(qū)間外時(shí)直接同地球測(cè)控站取得聯(lián)系。

在火星車(chē)著陸初期階段軌道器中繼通信是主要數(shù)據(jù)傳輸手段，展開(kāi)正常巡視探測(cè)后，軌道器將進(jìn)入環(huán)火探測(cè)軌道，屆時(shí)中繼通信將作為輔助手段，火星車(chē)直接對(duì)地球通信將是主要數(shù)據(jù)傳輸手段。

不論是中繼通信還是直接對(duì)地球通信，我們的傳輸速率都位居世界第一，這意味著在同樣的器地或器間聯(lián)絡(luò)時(shí)間內(nèi)，天問(wèn)一號(hào)數(shù)據(jù)傳輸效率更高。

▲天問(wèn)一號(hào)火星車(chē)通信天線

此次探測(cè)任務(wù)火星車(chē)共搭載了導(dǎo)航地形相機(jī)、多光譜相機(jī)、火星車(chē)次表層探測(cè)雷達(dá)、火星氣象測(cè)量?jī)x等6類(lèi)科學(xué)儀器，它們將在巡視區(qū)火星表面形貌和地質(zhì)構(gòu)造特征、火星表面物質(zhì)類(lèi)型分布、火星表層及次表層地質(zhì)分層結(jié)構(gòu)與組成類(lèi)型等方面展開(kāi)研究。多光譜相機(jī)位于火星車(chē)桅桿頂部正中位置，用于獲取巡視區(qū)火星表面可見(jiàn)光、近紅外波段高分辨率多光譜圖像。

▲雙攝配置的導(dǎo)航地形相機(jī)可拍攝3D立體圖像

多光譜相機(jī)的左右兩側(cè)，分別有一臺(tái)由GNC分系統(tǒng)直接管理的導(dǎo)航地形相機(jī)，它們的分辨率低于多光譜相機(jī)，除用于獲取巡視區(qū)火星表面立體圖像外還負(fù)責(zé)火星車(chē)的行進(jìn)路徑規(guī)劃。

火星氣象測(cè)量?jī)x還將通過(guò)位于桅桿頂部類(lèi)似麥克風(fēng)的裝置拾取火星表面的聲音，由于火星車(chē)平臺(tái)重量、體積以及火星地表溫度環(huán)境的約束，火星車(chē)有效載荷分系統(tǒng)采用了集成度更高的一體化總體技術(shù)方案，最大限度將各有效載荷電子控制單元集成于艙內(nèi)的分系統(tǒng)核心設(shè)備——載荷控制器中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有效載荷的集中控制和管理?；鹦擒?chē)艙內(nèi)設(shè)備除載荷控制器外還有表面成分探測(cè)儀的光譜儀，艙外設(shè)備除兩臺(tái)導(dǎo)航地形相機(jī)、一臺(tái)多光譜相機(jī)外還包括其它各載荷的探頭和天線部件。

▲火星車(chē)地面測(cè)試

為了應(yīng)對(duì)火星表面高達(dá)100℃～150℃的晝夜溫差以及高達(dá)20m/s的風(fēng)速，減少因此而加快的能量散失并提高能量利用效率，除使用更大面積的太陽(yáng)翼外，研制人員還為火星車(chē)準(zhǔn)備了兩件“法寶”——氣凝膠和太陽(yáng)能供熱集熱器。氣凝膠是一種特制的隔熱材料，火星車(chē)上對(duì)溫度敏感的管路、設(shè)備以及蓄電池在它的保護(hù)下可極大減少熱量流失。

▲氣凝膠隔熱材料

太陽(yáng)能供熱集熱器通過(guò)火星車(chē)車(chē)身中部一個(gè)像雙筒望遠(yuǎn)鏡一樣的集熱窗吸收太陽(yáng)能，然后將吸收到的太陽(yáng)能儲(chǔ)存在一種叫正十一烷的物質(zhì)中。白天，火星表面溫度升高，正十一烷吸熱融化，到了晚上溫度下降，正十一烷在凝固過(guò)程中釋放能量，供火星車(chē)使用。

集熱器的應(yīng)用使我們火星車(chē)的能量利用效率達(dá)到了80%以上。氣凝膠+正十一烷太陽(yáng)能供熱集熱器共同構(gòu)成了“相變儲(chǔ)能”這一由我們率先應(yīng)用的全新儲(chǔ)能方式。

▲天問(wèn)一號(hào)火星車(chē)集熱器安裝位置

反觀人類(lèi)到目前為止成功部署在火星表面的四輛火星車(chē)，前三輛（“杰索納”號(hào)、“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”）無(wú)一例外全部應(yīng)用了“氣凝膠+放射性同位素?zé)嵩础钡慕M合來(lái)保存和產(chǎn)生熱量，就算是公認(rèn)最先進(jìn)的“好奇”號(hào)火星車(chē)，也是采用和放射性同位素?zé)嵩创嬖诩夹g(shù)繼承關(guān)系的多功能放射性同位素?zé)犭姵貋?lái)提供熱量。我們?cè)谌狈ο嚓P(guān)技術(shù)儲(chǔ)備的情況下另辟蹊徑，反而創(chuàng)新研制出技術(shù)水平高于核熱能的正十一烷太陽(yáng)能集熱器，不得不說(shuō)這是我們的一個(gè)重大技術(shù)創(chuàng)新。

按照預(yù)定計(jì)劃，火星車(chē)將在成功著陸后3個(gè)火星日內(nèi)依次展開(kāi)桅桿、太陽(yáng)翼和定向天線并與環(huán)繞器建立UHF器間通信鏈路，9個(gè)火星日內(nèi)完成駛離著陸器至火星表面，15個(gè)火星日內(nèi)完成初期數(shù)據(jù)下傳。

▲天問(wèn)一號(hào)火星車(chē)具有高度自主控制能力

晴朗天氣時(shí)，火星車(chē)正常工作，工作模式包括待機(jī)/充電、環(huán)境感知、移動(dòng)、探測(cè)、通信和火夜6種；當(dāng)遇到沙塵天氣時(shí)，火星車(chē)進(jìn)入最小工作模式；當(dāng)遇到重度沙塵天氣時(shí)，火星車(chē)自主斷電休眠，以保護(hù)自身儀器設(shè)備免受惡劣天氣的損害。

火星車(chē)設(shè)計(jì)壽命為90個(gè)火星日，以6個(gè)火星日作為一個(gè)任務(wù)周期。預(yù)計(jì)明年5月份，將是天問(wèn)一號(hào)火星車(chē)真正大放異彩的時(shí)刻，這將是整個(gè)任務(wù)中最有看點(diǎn)也是最具難點(diǎn)的部分，它若成功將標(biāo)志著我國(guó)此次探火任務(wù)取得完全勝利，從此將成為世界“探火俱樂(lè)部”中的重量級(jí)成員。

▲火星車(chē)次表層探測(cè)雷達(dá)測(cè)試

能夠造出性能如此優(yōu)異的火星車(chē)，是強(qiáng)大工業(yè)能力的直觀體現(xiàn)。據(jù)聯(lián)合國(guó)所做的相關(guān)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)工業(yè)體系是世界上最全面的，凡聯(lián)合國(guó)登記過(guò)的工業(yè)門(mén)類(lèi)都可以在我們這里找到。

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展帶來(lái)的綜合國(guó)力不斷提高，工業(yè)制造能力早已突飛猛進(jìn)。不管是逢山開(kāi)路遇水架橋織就世界最密集的高鐵網(wǎng)絡(luò)，還是以052D、055為代表的新一代海軍主戰(zhàn)艦艇“下餃子”般的服役列裝，亦或是“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器代表人類(lèi)首登月背，以及獨(dú)立自主地建立世界四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，都是我們向全世界交出的優(yōu)異答卷。

▲批量列裝的殲-20隱形戰(zhàn)斗機(jī)

從1970年4月24日“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星的發(fā)射升空到如今“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器的順利啟程，再到今年十月份將要進(jìn)行的“嫦娥五號(hào)”月球采樣返回任務(wù)，以及明年正式開(kāi)始建設(shè)的首個(gè)近地軌道空間站——“天宮”，50年來(lái)，中國(guó)航天在無(wú)數(shù)艱難困苦磨礪下快速成長(zhǎng)。

▲嫦娥五號(hào)月球采樣飛船年內(nèi)發(fā)射

當(dāng)年我們沒(méi)有合適的試驗(yàn)場(chǎng)所，要在儲(chǔ)存肉禽的冷庫(kù)中為“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星做低溫試驗(yàn)，科研人員的膠鞋都能被凍裂，做衛(wèi)星真空試驗(yàn)時(shí)，甚至要科研人員騎著三輪車(chē)去一車(chē)一車(chē)的拉液氮。

而如今，我們憑一己之力同時(shí)推進(jìn)載人航天、北斗導(dǎo)航、深空探測(cè)等多個(gè)世界級(jí)航天工程，自2018年以來(lái)甚至已連續(xù)兩年摘得航天發(fā)射次數(shù)世界第一的桂冠，在軌運(yùn)營(yíng)航天器規(guī)模也已居世界第二位。

▲藍(lán)箭航天液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)

一批有實(shí)力、發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁的民營(yíng)航天企業(yè)近年來(lái)也快速崛起，依托世界第二大經(jīng)濟(jì)體形成的航天市場(chǎng)“大蛋糕”在我們這里也是越做越大……對(duì)比當(dāng)年為航天事業(yè)做出開(kāi)拓性貢獻(xiàn)的前輩們，如今的我們擁有更強(qiáng)實(shí)力去攀登航天科技一個(gè)又一個(gè)的新高峰！