来源:央视新闻客户端 发布时间:2021/6/12 22:49:36
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焦点访谈丨火星留下中国足迹

 

6月11日,

国家航天局发布了

祝融号火星车拍摄的首批科学影像图。

除“着巡合影”等影像图以外,

在一张照片里,

摄影师火星车绕到了着陆平台的旁边,

拍下了它和火星车行走的轨迹,

取名为“中国印记”。

在这张照片里,最鲜艳的红色,

是着陆平台悬挂的五星红旗。

在红旗的左边,

还有一幅2022年冬奥会吉祥物“冰墩墩”

和冬残奥会吉祥物“雪容融”的图像。

这些照片的发布,

标志着我国首次火星探测任务取得圆满成功,

中国成为世界上首个一次探测火星

就完成“绕、着、巡”三大任务的国家。

从5月22日踏上火星后,

将近一个月的时间里,

祝融号火星车已经详细地了解了一番着陆点周边的情况,

拍摄了丰富的科学影像图片,

6月11日发布的这几张都是其中的优秀作品。

孙泽洲是天问一号火星探测器的总设计师,从天问一号升空开始,他和团队就守在北京飞控中心密切关注探测器一路奔火的情况。

从去年10月开始,天问一号就陆续发回自拍照和火星近照,让公众大饱眼福的同时,也给天问一号团队提供了更多判断和决策的依据。

2月10日,天问一号探测器成功绕火星飞行后,并没有着急直接着陆,而是先进行了三个月的环绕作业,最重要的任务就是对预选的着陆点进行探测,更好了解那里的地形和天气。

5月15日凌晨1点左右,根据微调后的着陆点,已经环绕火星飞行三个月的天问一号开始了着陆过程。

环绕器带着着陆巡视器首先从之前的停泊轨道降轨至火星进入轨道,之后,着陆巡视器与环绕器分离,单独飞行三小时左右就开始进入火星大气。

从这一刻起,探测器进入了着陆火星任务中最凶险的“恐怖9分钟”。

以往,在月球探测任务中,探测器不仅可以根据拍摄的画面自主判断,而且画面几乎可以实时传回地球,让地面工程人员把好最后一道关。但是在着陆火星的9分钟里,探测器不仅跟地球毫无联系,而且绝大部分时间搭载的相机都无法工作,要从125公里的火星高空稳稳地落到火星表面,探测器做判断就要依靠另一套感觉器官。

航天科技集团五院天问一号火星探测器进入舱GNC分系统主管设计师徐李佳说:“分系统比较核心一款产品是由陀螺仪和加速度计组成的,加上星上的一套导航算法,就可以实时知道进入舱的姿态位置和速度,只有知道姿态位置速度,才能对进入舱进行有效控制。”

根据这个陀螺仪感知到的速度、角度等条件,探测器的计算机大脑会按照预定的流程,发出一条条的指令,指挥探测器按照预定计划一步步执行动作,直到降落。

然而,这个重要的感觉器官要正常工作,有一个最大的干扰因素,如果晃动或抖动太过厉害,它的感知可能会出现比较大的偏差,甚至给探测器发出错误的动作指令。

以往航天器返回地球,打开降落伞时速度一般都不会超过音速,但在着陆火星时,探测器还在超音速阶段就必须开伞减速,这一过程中很可能会给探测器带来很大的晃动。

为了尽可能减小这一因素对天问一号的影响,从降落伞的设计到陀螺仪的感知极限试验都做了上百次产品试验。

直到着陆前,还在不停地进行仿真测试,确保这套感觉器官能正常发挥作用。

5月15日,天问一号着陆巡视器成功在火星乌托邦平原预选着陆区着陆。

5月15日上午,天问一号着陆巡视器发回遥测信号,确认自己已经平稳着陆在了火星表面。

着陆巡视器成功着陆后,大家最着急想看到的,就是着陆地点的照片。但是因为距离遥远,火星车和地球之间的联系没有那么通畅,要传照片,得等到留在火星轨道上的环绕器飞到火星车头顶时才有高速网络,而且在火星车任务初期,这条地火高速信息通道非常繁忙。

航天科技集团五院天问一号火星探测器总设计师孙泽洲说:“一天有两个窗口,一次大概是8到10分钟,每天传下来最主要的部分就是遥测信息,对24小时不间断探测器的状态有一个了解。还有一部分就是科学探测数据,相比地球卫星或者月球,火星探测器能够准时传回图像还是少了很多。”

5月19日,着陆地点的地形图像终于呈现在大家面前。图片里,祝融号火星车太阳翼、天线展开正常,火星车脚下平坦的表面一直延伸到了天际线。

尽管着陆点的地形比想象的还要好,团队并不敢大意。

图片下传的当天晚上,试验队就开始了火星着陆点地形的模拟重构,在这个专门搭建的模拟火星表面环境的试验场内,火星车在真正走上火星表面之前需要先用地面的验证件验证一次。

根据计划,祝融号火星车搭载了6种科学载荷,既要了解最基本的温度、大气等信息,拍摄地形地貌的高清图片,也要分析火星表面岩石、矿物的成分,还要测量土壤下面分层的情况,任务虽多,每天的工作量却不能太多,踏上火星后的这段时间里,最多的一天也就走了12米。

低温环境限制了祝融号的工作时间,火星上的复杂地形也限制了它的移动速度,火星车设计的最快速度是每小时走200米,这是因为火面上不仅有大大小小的石块,而且土质也粗细不均。

为了确保祝融号在火星上走得更久,走得更远,设计人员已经教会了探测器许多自主决策的技能,如果遇到大石头,火星车可以像螃蟹一样横着走绕开石块,如果被细沙困住了,车身就会像毛毛虫一样,不断蠕动脱困。相比之下,更让大家担心的是火星上一种特殊的土壤。

航天科技集团五院天问一号探测器系统主任设计师陈百超说:“火星土壤里面最危险也是最难的,就是有一种土壤表面看起来是很坚硬的表面,但是当车走上去以后,就会突然下陷,因为里面是非常稀松的土壤,这样车就会沉陷下去。2011年,美国勇气号火星车当时就是因为走到一片认为是比较坚硬的地方,但实际上很松软,下陷以后永远也出不来。”

也正因为如此,尽管火星车自己也能自主判断,但每次移动之前,地面都要先分析它提前拍摄发回的周边感知图像,在仿真软件里规划好路线后再把走动的指令发送到火星,如果石块过多,也会再次在地面的火星试验场进行地面验证,然后再指挥祝融号走动。

随着后续探测任务越来越深入,祝融号也会尝试挑战自己,探索更大范围的火星世界。

孙泽洲说:“火星车设计的寿命时间是三个火星月,大概就是地球差不多92天,这只是一个设计的寿命。实际上从车本身的移动能力来讲,包括电子设备,应该要远远超过设计寿命,可以选择我们感兴趣的方向作为主方向开展后续巡视探测。”

之前有人说天问一号一次完成“绕、着、巡”三个目标有些风险,其实,这是充分吸收了我们地球卫星、载人航天、嫦娥探月等一系列航天工程的经验,在科研人员多年来的反复论证和试验的基础上,走出的坚实一步。

祝融号火星车已经开始了正式的科学探测,而在火星轨道飞行的天问一号环绕器将在三个月后,由中继轨道再次变轨进入任务轨道,从主要为火星车提供信息中继服务转为开展正式的火星全球遥感探测。

中国人对于地外行星的探索,

才刚刚开始。

 
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