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发布日期：2024-11-24 作者：开云
本文环绕2022年度上海市科技前进奖一等奖“火星探测行星际飞翔和环抱平台手艺”项目睁开。该奖项由上海卫星工程研究所朱新波、褚英志、徐亮、张伟、王伟、王平易近建、张旭光、牛俊坡、杜洋、王建炜、信思博、杨金、闫奎、印兴峰、在淼取得。
几个世纪前的年夜帆海时期，人类第一次成立了逾越年夜陆和海洋的联系，世界最先连成整体。而深空探测是毗连地球和地外文明的桥梁，从嫦娥奔月到夸父每日，人类从未住手寻求星斗年夜海。
茫茫宇宙，火星承载着人类的厚重胡想。2020年7月，我国初次火星探测使命“天问一号”探测器成功发射。在随后的几百个昼夜里，“天问一号”一次使命实现了“环抱、着陆、巡查”。而使命背后的火星环抱器研发团队也取得了2022年度上海市科学手艺一等奖，他们开辟的环抱器手艺将来也将用在“天问三号”、“天问四号”等行星探测工程使命。
4亿千米闯难关
“天问一号”使命中，火星环抱是要害环节。从地球飞往火星，飞翔路径超4亿千米，“天问一号”耗时200多天。在近7个月时候里，探测器能顺遂被火星捕捉是第一关，也是火星探测使命中手艺风险最高、最为要害的环节之一。
在火星探测器从地球飞向火星的进程中，可以或许被火星引力所捕捉构成环抱轨道的机遇只有一次。火星探测使命捕捉时，探测器距离火星比来仅400千米，稍有误差就会撞击火星或飞离，是以，捕捉的成败就成了火星探测使命成败的要害。
探测器被火星捕捉仅仅是第一道关卡，尔后还要面对进入环火椭圆轨道、停靠探测、两器分手、中继通讯、环火遥感等挑战，任何一环出了问题，都将致使环抱使命掉败。
为了顺遂完成探“火”使命，中国航天科技团体八院上海卫星工程研究所火星环抱器副总设计师朱新波率领团队开辟了火星环抱器，让它负责携带着陆巡查器，完成地火转移、火星捕捉、环火轨道调剂、落区预探测；实行两器分手，供给中继撑持办事；在遥感轨道，操纵科学载荷对火星展开全球性、综合性的环抱探测。
从近地到近火，环抱器要履历年夜跨度的温度转变。在环火暗影区，探测器进入-180℃的极端低温情况，这对器上产物和系统热控提出高要求。研发团队经由过程系统热设计、功率均衡确保了舱内温度程度，舱外产物颠末严酷的材料选型与实验验证，确保知足深低温的情况顺应性。
凡是环境下，环抱地球运行的卫星都由地面节制中间按照卫星及时状况和使命要求进行节制。但与地球卫星分歧，因为器地距离远，最远时单向通讯时延达20多分钟，一来一回通讯延迟40多分钟，地面指令来不和及时干涉干与探测器。
深空探测器与地面站通讯还存在怪异的“日凌”现象，当探测器、地球和太阳位置处在统一直线时，太阳辐射会干扰地火之间射频旌旗灯号传输，致使通讯中止。而我国初次火星探测使命最长“日凌”到达30天。“日凌”时代，环抱器必需“本身赐顾帮衬好本身”，依托本身完成使命治理，并在出“日凌”后敏捷自立与地面恢复联系。
为领会决这些问题，研发团队经由过程研制高度集成的小型化综合电子系统，环抱器实现了器务治理、遥测遥控、热控治理、配电治理、推动节制、机构驱动、数据存储功能的一体化，为综合信息自立治理奠基了硬件根本。经由过程设计多系统多模式器上信息综合自立处置方式，包管一级故障使命正常履行，二级故障整器平安，在轨实现了环抱器在轨自立运行年夜在30天的能力。环抱器经由过程X频段两维可驱动的2.5米年夜口径数传天线，及时驱动跟踪，正确瞄准地球，向地球回传环抱器的状况和科学数据，最年夜速度达4Mb/s。
十年磨剑奔火星
从事航天工作已有20多年的朱新波在研发火星环抱器进程中，承当了环抱器的抓总设计、系统研制进程质量节制、整星年夜型测试与实验等研制全进程工作。他深感火星探测使命的非凡与难度。
“分歧在地球卫星使命，深空探测使命对探测器的机能指标要求都是最高的，系统设计复杂，攻关难度年夜。”朱新波说，因为火星、地球绕太阳运转的天体纪律，火星探测器的发射窗口每26个月才呈现一次、要求很是刻薄，天问一号使命从启动最先就肯定了2020年7月份的发射窗口，不容推延，这就给探测器的研制进度带来了庞大压力。
他和团队从2010年开启布景使命论证，其间履历多轮次方案迭代，直到2014年正式启动方案攻关，他率领团队展开火星环抱器的研制工作，方案、初样、正样三个研制阶段延续了6年时候。在这时代，他们降服重重坚苦，完成了方案验证器、初样布局器、初样电性器、正样器的研制，全部研发进程前后用时10年。
2020年7月，“天问一号”探测器在海南文昌卫星发射中间成功发射。朱新波带头研发的火星环抱器带着全国人平易近的期盼奔向火星。他在现场经由过程回传的遥测及时监测着火星环抱器的状况。器箭分手后，“火星环抱器依照我们设计的动作一步一步精准地完成飞翔状况成立。”那一刻，他的心里冲动不已。
在“天问一号”之前，我国没有一手的火星探测数据，只能依托国外。“天问一号”使命的成功实行，为我国科研工作者供给了年夜量科学数据，将产出年夜量科研功效。
分开地球约202天后，火星环抱器抵近火星。那天，火星环抱器不负众望，如教科书般地完成了火星捕捉制动，成了中国首颗人造火星卫星。“‘天问一号’迈出了我国行星探测的第一步，后续我们国度还会继续探测火星和其他星球。”朱新波说，他和团队开辟的火星环抱器手艺将来将利用在我国深空探测环抱类探测使命，如“天问三号”、“天问四号”等行星探测工程使命。
“深空探测使命是一项系统工程，需要集智攻关。”朱新波感伤，在使命研制进程中必需充实阐扬全国优势，在顶层同一批示带领下齐心合力，才能完成使命。与此同时，严慎细实才能保成功。所有地面问题在天上都是庞大的隐患。是以，研制进程中任何一个小细节都不克不及放过。他也鼓励青年，要在进修时代需要扎根底础专业，成立系统不雅念，多进修、多脱手、延续更新常识、延续实践操练，不竭晋升综合能力，让几代航天人矢志寻求的航天强国梦成为实际。
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