親歷我國(guó)火星著陸模擬試驗(yàn)

本報(bào)赴河北特派記者 馬俊

編者按：“火星你好，中國(guó)來(lái)啦！”11月14日，伴隨著中國(guó)火星探測(cè)任務(wù)的首次公開(kāi)亮相，很多網(wǎng)友都發(fā)出這樣的歡呼。當(dāng)天，中國(guó)國(guó)家航天局邀請(qǐng)部分外國(guó)駐華使館及國(guó)際組織人員、中外媒體記者約70人，赴河北懷來(lái)觀摩中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)著陸器懸停避障試驗(yàn)，并參觀相關(guān)試驗(yàn)設(shè)施。《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者在現(xiàn)場(chǎng)了解到，中國(guó)的首次火星探測(cè)計(jì)劃將于2020年舉行，經(jīng)過(guò)7個(gè)月的飛行后，中國(guó)的火星探測(cè)器將經(jīng)受最關(guān)鍵的“7分鐘降落”考驗(yàn)，這次進(jìn)行的懸停避障試驗(yàn)就是對(duì)此而來(lái)。

如何模擬火星環(huán)境

根據(jù)地球與火星位置關(guān)系，每26個(gè)月會(huì)有一次從地球向火星發(fā)射探測(cè)器的最佳時(shí)間窗口。在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)發(fā)射火星探測(cè)器，將節(jié)省大量燃料，縮短抵達(dá)的時(shí)間。2020年就將迎來(lái)一個(gè)窗口期，因此明年被稱為國(guó)際上的“火星探測(cè)大年”，包括中國(guó)、美國(guó)、歐空局、印度和阿聯(lián)酋等多個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織都公布了各自的火星探測(cè)計(jì)劃。

在抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之前，《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者一直很好奇的問(wèn)題是：火星重力遠(yuǎn)比地球小，如何能在地球上模擬火星重力環(huán)

境呢？難不成還得跟航天員失重訓(xùn)練那樣，在大水池里用浮力來(lái)抵消部分重力？在記者搭乘的大巴駛進(jìn)號(hào)稱“亞洲最大”的中國(guó)地外天體著陸綜合試驗(yàn)場(chǎng)后，一組高大的鋼架結(jié)構(gòu)建筑讓答案豁然開(kāi)朗。

中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)總設(shè)計(jì)師張榮橋介紹說(shuō)，火星的自然環(huán)境與地球相比有很多的不同，其中重力只有地球的1/3。為了模擬在火星環(huán)境下的著陸，中國(guó)航天科研人員專門建造了一整套設(shè)施。它由三個(gè)部分組成：塔架系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和地面的火星表面模擬區(qū)域。最顯眼的是6個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的塔柱，通過(guò)上方的環(huán)形桁架連接成一個(gè)柱形的剛體結(jié)構(gòu)。塔柱高140米，內(nèi)圈直徑120米，足以滿足模擬火星降落時(shí)的空間。

隨動(dòng)系統(tǒng)是中間的紅色平臺(tái)，它通過(guò)36根鋼纜進(jìn)行固定，下面垂吊的就是長(zhǎng)著4條“腿”的火星探測(cè)器。通過(guò)精確控制平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度，它可以承擔(dān)探測(cè)器的部分重量，進(jìn)而為探測(cè)器模擬出火星的重力環(huán)境。

此外，塔架下方的地面上還鋪設(shè)有特殊材料，形成各種坑和坡的形狀，從而模擬火星的表面特性，考驗(yàn)下降過(guò)程中探測(cè)器搭載的相關(guān)光學(xué)和電子設(shè)備能否發(fā)揮作用?！?/p>

“關(guān)鍵的7分鐘”

14日進(jìn)行的試驗(yàn)是模擬火星探測(cè)器在距離火星表面67米的高度上懸停，并自主尋找遍布坑與碎石的地面安全著陸區(qū)，然后避障下降到20米的全過(guò)程。

5、4、3、2、1……試驗(yàn)開(kāi)始了！《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者看到，伴隨著震耳的轟鳴聲，被吊在高空中的火星探測(cè)器向下噴出火焰，然后開(kāi)始緩緩下降。不過(guò)下降動(dòng)作并沒(méi)有持續(xù)多久，探測(cè)器就在空中懸停住，并自行向左調(diào)整位置，避開(kāi)地面的各種障礙物尋找合適的降落地點(diǎn)。待位置找好后，它再度緩緩下降，最終平穩(wěn)地在20米高度停機(jī)。

為何要大費(fèi)力氣專門修建這樣的模擬測(cè)試設(shè)施并進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)?zāi)?？張榮橋介紹說(shuō)，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)計(jì)劃于2020年擇機(jī)實(shí)施，目標(biāo)是通過(guò)一次發(fā)射任務(wù)，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞和著陸巡視，開(kāi)展火星全球性和綜合性探測(cè)，并對(duì)火星表面重點(diǎn)地區(qū)精細(xì)巡視勘查。屆時(shí)探測(cè)器經(jīng)過(guò)7個(gè)月時(shí)間的飛行抵達(dá)火星后，最后的降落過(guò)程只有7分鐘。但這是“計(jì)劃中最困難、挑戰(zhàn)最大的環(huán)節(jié)”。

一名航天專家告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，航天器的自主避障降落過(guò)程本身風(fēng)險(xiǎn)就很大，以色列、印度今年發(fā)射的月球探測(cè)器都是在這個(gè)階段失控墜毀。而相比距離地球約38萬(wàn)公里的月球，火星與地球的距離更加遙遠(yuǎn)，最近的距離也有5500萬(wàn)公里，即便是無(wú)線電信號(hào)單向傳輸都需要4分鐘時(shí)間，這意味著在關(guān)鍵的著陸過(guò)程，只能依靠探測(cè)器自行處理遭遇的一切問(wèn)題，對(duì)探測(cè)器應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的要求非常高，難度比月球探測(cè)器更大。然而火星環(huán)境異常復(fù)雜，在火星探測(cè)歷史上，各國(guó)探測(cè)器“折戟沉沙”的比例超過(guò)一半。

據(jù)介紹，目前火星探測(cè)器的著陸方式主要分三大類：“氣囊彈跳”式主要適合于比較小的探測(cè)器，比如美國(guó)“火星探路者”“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車等，通過(guò)在降落前鼓起氣囊，利用氣囊進(jìn)行緩沖就可以實(shí)現(xiàn)安全著陸；“反推著陸腿”式主要是利用反推火箭，提供最后著陸時(shí)的緩沖力，適合于較大型火星探測(cè)器；“空中吊車”式則是美國(guó)“好奇”號(hào)火星車等超大探測(cè)器采用的著陸方式，通過(guò)從探測(cè)器上方吊著的反推火箭提供緩沖，把探測(cè)器放到火星表面后再脫離?！董h(huán)球時(shí)報(bào)》記者注意到，這次測(cè)試的中國(guó)火星探測(cè)器采用的是“反推著陸腿”式，其中關(guān)鍵的懸停避障技術(shù)在嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)月表著陸的過(guò)程中已得到成熟應(yīng)用?！?/p>

中國(guó)航天繼續(xù)“國(guó)際合作”

盡管此前由于美方故意阻撓，沒(méi)有及時(shí)發(fā)放簽證，導(dǎo)致中方代表團(tuán)集體缺席了10月21日開(kāi)幕的2019年度國(guó)際宇航聯(lián)大會(huì)，但中國(guó)航天并未改變“國(guó)際合作”的宗旨。國(guó)家航天局局長(zhǎng)張克儉14日表示，中國(guó)主張?jiān)谄降然ダ⒑推嚼?、包容發(fā)展的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)航天國(guó)際交流與合作，共享航天發(fā)展成果。據(jù)了解，未來(lái)中國(guó)還將進(jìn)行火星采樣返回、小行星探測(cè)、木星探測(cè)等深空探測(cè)項(xiàng)目。張克儉表示，中國(guó)國(guó)家航天局愿與各國(guó)航天機(jī)構(gòu)、空間科學(xué)研究實(shí)體及國(guó)外空間科學(xué)愛(ài)好者攜手，在后續(xù)重大航天工程任務(wù)中加強(qiáng)合作，共同推進(jìn)航天事業(yè)發(fā)展。

張克儉透露，國(guó)家航天局向美國(guó)、俄羅斯、歐洲等多個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織的駐華代表發(fā)出邀請(qǐng)，現(xiàn)場(chǎng)觀摩這次火星著陸器懸停避障試驗(yàn)。據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，當(dāng)天有來(lái)自法國(guó)、意大利、巴西等19個(gè)駐華使館的使節(jié)，歐盟、非盟駐華使團(tuán)、亞太空間合作組織的代表出席了這次活動(dòng)。

據(jù)介紹，中國(guó)航天發(fā)展60年來(lái)，積極推動(dòng)國(guó)際合作，已經(jīng)與45個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織簽署了140余份航天合作協(xié)定，與法國(guó)聯(lián)合研制了中法海洋衛(wèi)星、天文衛(wèi)星；與意大利聯(lián)合研制了中意電磁衛(wèi)星；與巴西聯(lián)合研制的中巴地球資源系列衛(wèi)星，被譽(yù)為“南南高技術(shù)合作”的典范；在嫦娥四號(hào)任務(wù)中與德國(guó)、荷蘭、瑞典、沙特、俄羅斯、阿根廷等國(guó)開(kāi)展了積極的國(guó)際合作，并于今年4月發(fā)布了嫦娥六號(hào)和小行星探測(cè)上的合作機(jī)遇公告；近期在地球觀測(cè)組織大會(huì)上，宣布將高分一號(hào)、高分六號(hào)衛(wèi)星16米分辨率光學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)全球開(kāi)放共享。這些舉措為擴(kuò)大更多的國(guó)家，特別是發(fā)展中國(guó)家共享空間技術(shù)成果，推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了福祉?！?/p>