本文圍繞2022年度上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)“火星探測(cè)行星際飛行及環(huán)繞平臺(tái)技術(shù)”項(xiàng)目展開(kāi)。該獎(jiǎng)項(xiàng)由上海衛(wèi)星工程研究所朱新波、褚英志、徐亮、張偉、王偉、王民建、張旭光、?？∑?、杜洋、王建煒、信思博、楊金、閆奎、印興峰、于淼獲得。

　　“如何在九游娛樂(lè)找到熱門游戲？”

　　幾個(gè)世紀(jì)前的大航海時(shí)代，人類第一次建立了跨越大陸和海洋的聯(lián)系，世界開(kāi)始連成整體。而深空探測(cè)是連接地球和地外文明的橋梁，從嫦娥奔月到夸父逐日，人類從未停止追求星辰大海。

　　“如何在九游娛樂(lè)找到熱門游戲？”

　　茫茫宇宙，火星承載著人類的厚重夢(mèng)想。2020年7月，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器成功發(fā)射。在隨后的幾百個(gè)日夜里，“天問(wèn)一號(hào)”一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)了“環(huán)繞、著陸、巡視”。而任務(wù)背后的火星環(huán)繞器研發(fā)團(tuán)隊(duì)也獲得了2022年度上海市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，他們開(kāi)發(fā)的環(huán)繞器技術(shù)未來(lái)也將用于“天問(wèn)三號(hào)”、“天問(wèn)四號(hào)”等行星探測(cè)工程任務(wù)。

　　“天問(wèn)一號(hào)”任務(wù)中，火星環(huán)繞是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。從地球飛往火星，飛行路徑超4億公里，“天問(wèn)一號(hào)”耗時(shí)200多天。在近7個(gè)月時(shí)間里，探測(cè)器能順利被火星捕獲是第一關(guān)，也是火星探測(cè)任務(wù)中技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)最高、最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。

　　在火星探測(cè)器從地球飛向火星的過(guò)程中，能夠被火星引力所捕獲形成環(huán)繞軌道的機(jī)會(huì)只有一次?；鹦翘綔y(cè)任務(wù)捕獲時(shí)，探測(cè)器距離火星最近僅400公里，稍有偏差就會(huì)撞擊火星或飛離，因此，捕獲的成敗就成為了火星探測(cè)任務(wù)成敗的關(guān)鍵。

　　探測(cè)器被火星捕獲僅僅是第一道關(guān)卡，此后還要面臨進(jìn)入環(huán)火橢圓軌道、停泊探測(cè)、兩器分離、中繼通信、環(huán)火遙感等挑戰(zhàn)，任何一環(huán)出了問(wèn)題，都將導(dǎo)致環(huán)繞任務(wù)失敗。

　　為了順利完成探“火”任務(wù)，中國(guó)航天科技集團(tuán)八院上海衛(wèi)星工程研究所火星環(huán)繞器副總設(shè)計(jì)師朱新波帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了火星環(huán)繞器，讓它負(fù)責(zé)攜帶著陸巡視器，完成地火轉(zhuǎn)移、火星捕獲、環(huán)火軌道調(diào)整、落區(qū)預(yù)探測(cè)；實(shí)施兩器分離，提供中繼支持服務(wù)；在遙感軌道，利用科學(xué)載荷對(duì)火星開(kāi)展全球性、綜合性的環(huán)繞探測(cè)。

　　從近地到近火，環(huán)繞器要經(jīng)歷大跨度的溫度變化。在環(huán)火陰影區(qū)，探測(cè)器進(jìn)入-180℃的極端低溫環(huán)境，這對(duì)器上產(chǎn)品及系統(tǒng)熱控提出高要求。研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)、功率平衡確保了艙內(nèi)溫度水平，艙外產(chǎn)品經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的材料選型與試驗(yàn)驗(yàn)證，確保滿足深低溫的環(huán)境適應(yīng)性。

　　通常情況下，環(huán)繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星都由地面控制中心根據(jù)衛(wèi)星實(shí)時(shí)狀態(tài)和任務(wù)要求進(jìn)行控制。但與地球衛(wèi)星不同，由于器地距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)時(shí)單向通信時(shí)延達(dá)20多分鐘，一來(lái)一回通信延遲40多分鐘，地面指令來(lái)不及實(shí)時(shí)干預(yù)探測(cè)器。

　　深空探測(cè)器與地面站通信還存在獨(dú)特的“日凌”現(xiàn)象，當(dāng)探測(cè)器、地球和太陽(yáng)位置處于同一直線時(shí)，太陽(yáng)輻射會(huì)干擾地火之間射頻信號(hào)傳輸，導(dǎo)致通信中斷。而我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)最長(zhǎng)“日凌”達(dá)到30天?！叭樟琛逼陂g，環(huán)繞器必須“自己照顧好自己”，依靠自身完成任務(wù)管理，并在出“日凌”后迅速自主與地面恢復(fù)聯(lián)系。

　　為了解決這些問(wèn)題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)研制高度集成的小型化綜合電子系統(tǒng)，環(huán)繞器實(shí)現(xiàn)了器務(wù)管理、遙測(cè)遙控、熱控管理、配電管理、推進(jìn)控制、機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的一體化，為綜合信息自主管理奠定了硬件基礎(chǔ)。通過(guò)設(shè)計(jì)多系統(tǒng)多模式器上信息綜合自主處理方法，保證一級(jí)故障任務(wù)正常執(zhí)行，二級(jí)故障整器安全，在軌實(shí)現(xiàn)了環(huán)繞器在軌自主運(yùn)行大于30天的能力。環(huán)繞器通過(guò)X頻段兩維可驅(qū)動(dòng)的2.5米大口徑數(shù)傳天線，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)跟蹤，準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)地球，向地球回傳環(huán)繞器的狀態(tài)及科學(xué)數(shù)據(jù)，最大速率達(dá)4Mb/s。

　　從事航天工作已有20多年的朱新波在研發(fā)火星環(huán)繞器過(guò)程中，承擔(dān)了環(huán)繞器的抓總設(shè)計(jì)、系統(tǒng)研制過(guò)程質(zhì)量控制、整星大型測(cè)試與試驗(yàn)等研制全過(guò)程工作。他深感火星探測(cè)任務(wù)的特殊與難度。

　　“不同于地球衛(wèi)星任務(wù)，深空探測(cè)任務(wù)對(duì)探測(cè)器的性能指標(biāo)要求都是最高的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，攻關(guān)難度大。”朱新波說(shuō)，由于火星、地球繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的天體規(guī)律，火星探測(cè)器的發(fā)射窗口每26個(gè)月才出現(xiàn)一次、要求非?？量蹋靻?wèn)一號(hào)任務(wù)從啟動(dòng)開(kāi)始就確定了2020年7月份的發(fā)射窗口，不容推遲，這就給探測(cè)器的研制進(jìn)度帶來(lái)了巨大壓力。

　　他和團(tuán)隊(duì)從2010年開(kāi)啟背景任務(wù)論證，其間經(jīng)歷多輪次方案迭代，直到2014年正式啟動(dòng)方案攻關(guān)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展火星環(huán)繞器的研制工作，方案、初樣、正樣三個(gè)研制階段持續(xù)了6年時(shí)間。在這期間，他們克服重重困難，完成了方案驗(yàn)證器、初樣結(jié)構(gòu)器、初樣電性器、正樣器的研制，整個(gè)研發(fā)過(guò)程前后歷時(shí)10年。

　　2020年7月，“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器在海南文昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。朱新波帶頭研發(fā)的火星環(huán)繞器帶著全國(guó)人民的期盼奔向火星。他在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)回傳的遙測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)著火星環(huán)繞器的狀態(tài)。器箭分離后，“火星環(huán)繞器按照我們?cè)O(shè)計(jì)的動(dòng)作一步一步精準(zhǔn)地完成飛行狀態(tài)建立。”那一刻，他的內(nèi)心激動(dòng)不已。

　　在“天問(wèn)一號(hào)”之前，我國(guó)沒(méi)有一手的火星探測(cè)數(shù)據(jù)，只能依靠國(guó)外?！疤靻?wèn)一號(hào)”任務(wù)的成功實(shí)施，為我國(guó)科研工作者提供了大量科學(xué)數(shù)據(jù)，將產(chǎn)出大量科研成果。

　　離開(kāi)地球約202天后，火星環(huán)繞器抵近火星。那天，火星環(huán)繞器不負(fù)眾望，如教科書般地完成了火星捕獲制動(dòng)，成為了中國(guó)首顆人造火星衛(wèi)星?！啊靻?wèn)一號(hào)’邁出了我國(guó)行星探測(cè)的第一步，后續(xù)我們國(guó)家還會(huì)繼續(xù)探測(cè)火星和其他星球?！敝煨虏ㄕf(shuō)，他和團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的火星環(huán)繞器技術(shù)未來(lái)將應(yīng)用于我國(guó)深空探測(cè)環(huán)繞類探測(cè)任務(wù)，如“天問(wèn)三號(hào)”、“天問(wèn)四號(hào)”等行星探測(cè)工程任務(wù)。

　　“深空探測(cè)任務(wù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要集智攻關(guān)?！敝煨虏ǜ锌谌蝿?wù)研制過(guò)程中必須充分發(fā)揮全國(guó)優(yōu)勢(shì)，在頂層統(tǒng)一指揮領(lǐng)導(dǎo)下齊心協(xié)力，才能完成任務(wù)。與此同時(shí)，嚴(yán)慎細(xì)實(shí)才能保成功。所有地面問(wèn)題在天上都是巨大的隱患。因此，研制過(guò)程中任何一個(gè)小細(xì)節(jié)都不能放過(guò)。他也勉勵(lì)青年，要在學(xué)習(xí)期間需要扎根基礎(chǔ)專業(yè)，建立系統(tǒng)觀念，多學(xué)習(xí)、多動(dòng)手、持續(xù)更新知識(shí)、持續(xù)實(shí)踐操練，不斷提升綜合能力，讓幾代航天人矢志追求的航天強(qiáng)國(guó)夢(mèng)成為現(xiàn)實(shí)。