逐夢(mèng)火星“天問一號(hào)”問天往事

陳立　趙聰　五軒

火星，這顆人類孜孜以求探索了60年的紅色星球，正一點(diǎn)點(diǎn)地被揭開神秘面紗。人類認(rèn)識(shí)宇宙、認(rèn)識(shí)生命的邊界也在不斷擴(kuò)展。

2020年，中國也出發(fā)了。7月23日，長征五號(hào)踏焰而起，數(shù)億公里的“天問”之旅開始了。這也是中國火箭飛得最快的一次。

2021年4月24日上午，在中國航天日主會(huì)場(chǎng)，國家航天局正式公布中國第一輛火星車命名：祝融號(hào)。

中國深空探測(cè)的起點(diǎn)

在“嫦娥一號(hào)”任務(wù)取得圓滿成功后，中國也在謀劃深空探測(cè)后續(xù)發(fā)展，火星很快進(jìn)入視野。孫家棟、葉培建等院士提議要搶占先機(jī)，啟動(dòng)探火任務(wù)。

2010年8月，8位院士聯(lián)名向國家建議：開展月球以遠(yuǎn)深空探測(cè)的綜合論證。國家國防科工局立即組織專家組開展發(fā)展規(guī)劃和實(shí)施方案論證?；鹦翘綔y(cè)，成為中國深空探測(cè)的起點(diǎn)和重點(diǎn)。

另一方面，中國還以國際交流合作的形式，嘗試“搭車”去火星。2011年11月8日，由航天科技集團(tuán)八院509所研制的“螢火一號(hào)”探測(cè)器和俄羅斯的“福布斯—土壤”探測(cè)器一起搭乘俄羅斯運(yùn)載火箭起飛，“螢火”取自“熒惑”諧音。但“福布斯—土壤”探測(cè)器未能按照計(jì)劃變軌，隨后，歐空局方面宣布放棄獲取探測(cè)器信號(hào)的嘗試，任務(wù)以失敗告終。

“螢火一號(hào)”出現(xiàn)意外之后，中國決心自主開展火星探測(cè)任務(wù)。有專家總結(jié)，中國要想實(shí)現(xiàn)自主深空探測(cè)，除了探測(cè)器這個(gè)“主角”，還要解決運(yùn)載火箭推力不夠的問題，并織起更強(qiáng)大的深空探測(cè)網(wǎng)。

探測(cè)器系統(tǒng)副總指揮李振才回憶：“2013年3月，航天科技集團(tuán)的專家提出‘我們自己上火星，一步實(shí)現(xiàn)環(huán)繞、著陸、巡視探測(cè)的目標(biāo)?！?/p>

2014年9月，國防科工局探月與航天工程中心召開首次火星探測(cè)任務(wù)先期啟動(dòng)會(huì)，明確了要圍繞探測(cè)器這條主線，啟動(dòng)先期研制工作。五院立即成立型號(hào)研制隊(duì)伍，從2014年10月開始“自掏腰包”，先動(dòng)了起來。那時(shí)，一些重要的試驗(yàn)保障設(shè)施還不齊全。

在對(duì)實(shí)施方案經(jīng)過三輪迭代和深化后，中國首次火星探測(cè)任務(wù)（“天問一號(hào)”任務(wù)）于2016年1月批準(zhǔn)立項(xiàng)，把目標(biāo)定為：在國際上首次通過一次發(fā)射任務(wù)，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸、巡視探測(cè)，成為世界上第二個(gè)獨(dú)立掌握火星著陸巡視探測(cè)技術(shù)的國家。

當(dāng)時(shí)，我國已成功完成數(shù)次月球探測(cè)任務(wù)，為探火任務(wù)打下了基礎(chǔ)。探火任務(wù)由工程總體和探測(cè)器、運(yùn)載火箭、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控、地面應(yīng)用五大系統(tǒng)組成。

五大系統(tǒng)就位

中國深空探測(cè)“領(lǐng)路人”之一的葉培建院士，回顧自己在參與“東方紅一號(hào)”的年代，根本不敢想象有生之年還能看到中國邁向火星。他賦詩曰：“紅色星球走一回，四億征程只等閑?！?p>

“天問一號(hào)”示意圖。圖片|新華網(wǎng)

2016—2018年，探測(cè)器的初樣研制工作歷時(shí)兩年，做了800多個(gè)專項(xiàng)試驗(yàn)。2018年9月，探測(cè)器轉(zhuǎn)入正樣研制階段;2020年3月，探測(cè)器順利通過出廠評(píng)審，4月初運(yùn)抵文昌航天發(fā)射場(chǎng)。

探測(cè)器系統(tǒng)總指揮赫榮偉表示，在不到4年的時(shí)間內(nèi)，探測(cè)器完成研制驗(yàn)證、出廠，這是所有參研單位的工程師、科學(xué)家辛勤勞動(dòng)所得的，大家創(chuàng)造了中國航天同類型號(hào)的研制紀(jì)錄。探測(cè)器的參研單位多達(dá)600余家，多線并行，多地并進(jìn);各階段總裝、測(cè)試及大型試驗(yàn)涉及大量的協(xié)調(diào)管理和資源保障工作;光軟件規(guī)模就高達(dá)155萬行代碼……

“我們起步晚了，但3個(gè)目標(biāo)一次任務(wù)完成，起點(diǎn)很高;我們的成果來得慢了，但從工程立項(xiàng)到產(chǎn)品出廠這么快，是你們的光榮和自豪，更要珍惜這次機(jī)會(huì)?！比~培建對(duì)火星探測(cè)器研制團(tuán)隊(duì)道出肺腑之言。

“而且，中國火星探測(cè)沒有重復(fù)其他國家的老路?！?020年兩會(huì)期間，全國政協(xié)委員、五院黨委書記趙小津表示，一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)三大目標(biāo)，這是其他國家火星探測(cè)任務(wù)從沒有過的，面臨的挑戰(zhàn)也是前所未有的。

火星車與著陸巡視器外觀設(shè)計(jì)構(gòu)型圖。圖片|新華網(wǎng)

2019年11月14日，中國火星探測(cè)任務(wù)首次公開亮相。當(dāng)天，中國國家航天局邀請(qǐng)部分外國駐華使館及國際組織人員，赴河北懷來觀摩著陸器懸停避障試驗(yàn)。安全著陸是火星探測(cè)任務(wù)最艱巨的挑戰(zhàn)之一。因?yàn)楝F(xiàn)在的火星是一個(gè)干旱、寒冷的世界，大氣稀薄，塵暴肆虐，試驗(yàn)旨在驗(yàn)證探測(cè)器安全著陸火星的“本領(lǐng)”。 據(jù)火箭系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師李東介紹，在此次火星探測(cè)任務(wù)中，具備5噸地火轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力的長征五號(hào)火箭，第一次達(dá)到并超過第二宇宙速度，將“天問一號(hào)”探測(cè)器送上通往紅色星球的“長途高速公路”。

在深空探測(cè)的漫長旅途上，信號(hào)十分微弱，如果接收不到信號(hào)，就無法對(duì)探測(cè)器的運(yùn)行狀態(tài)做出判斷和調(diào)整。北京航天飛行控制中心專家麻永平也表示，之前中國還沒有達(dá)到探測(cè)火星的測(cè)控要求，后續(xù)規(guī)劃中要建大口徑天線，慢慢具備火星探測(cè)、測(cè)控的能力。

2020年年初，地面應(yīng)用系統(tǒng)在天津武清還建成了一副70米口徑天線，與已有地面數(shù)據(jù)接收天線進(jìn)行組陣，接收火星傳回的科學(xué)數(shù)據(jù)。這副亞洲最大的單口徑全可動(dòng)天線，將接收最遠(yuǎn)4億公里外火星車傳回地球的微弱信號(hào)。

嚴(yán)慎細(xì)實(shí)保成功

陽春三月，乍暖還寒時(shí)，新冠肺炎疫情依舊籠罩神州。航天科技集團(tuán)五院火星探測(cè)器試驗(yàn)隊(duì)頂住壓力，從2020年3月開始陸續(xù)踏上了奔赴海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)的征程。吹響集結(jié)號(hào)，向海南進(jìn)發(fā)。

葉培建院士向試驗(yàn)隊(duì)員寄語——第一要堅(jiān)定“信心”：我們邁向火星起步晚了，但是我們一次任務(wù)完成3個(gè)目標(biāo)，起點(diǎn)很高;我們的成果來得慢了，但從立項(xiàng)到出廠這么快，是大家的光榮和自豪，要珍惜機(jī)會(huì)。第二要認(rèn)真“擔(dān)心”：回顧我們遇到的質(zhì)量問題，最擔(dān)心的不是技術(shù)問題，而是單機(jī)質(zhì)量，設(shè)計(jì)師要擔(dān)心自己的產(chǎn)品，不要做面子工程，而要實(shí)實(shí)在在地去想、去做、去挖，“只有做爹娘的才最了解自己的孩子”。

在第一批、第二批試驗(yàn)隊(duì)員集中進(jìn)場(chǎng)后，試驗(yàn)隊(duì)也進(jìn)入了常態(tài)化防疫管理階段。通過設(shè)置專用觀察區(qū)、張貼提示等方式，確保解除隔離人員和隔離人員互不接觸，為隔離人員提供不接觸的送餐和快遞服務(wù)，解決新進(jìn)場(chǎng)人員隔離期間的生活需求。

2020年4月3日，試驗(yàn)隊(duì)先頭部隊(duì)解除隔離，立刻投入到緊張的工作中。4月的海南，天氣變化莫測(cè)，前一刻還是晴朗明媚，下一刻便烏云密布，隨之而來的是淅淅瀝瀝的小雨。在暴雨橙色預(yù)警下，隊(duì)員們爭(zhēng)分奪秒，齊心協(xié)力開始設(shè)備拆箱、轉(zhuǎn)運(yùn)等工作，終于在暴雨來襲前成功將所有設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)至測(cè)試廠房，大家長舒了一口氣。接下來，各分系統(tǒng)按照預(yù)定計(jì)劃有條不紊地開始設(shè)備展開、部署和調(diào)試工作。

4月10日，火星探測(cè)器順利運(yùn)抵發(fā)射場(chǎng)，于次日凌晨4時(shí)安全轉(zhuǎn)運(yùn)至總裝大廳。

隨著探測(cè)器產(chǎn)品的就位，項(xiàng)目辦組織了進(jìn)場(chǎng)儀器設(shè)備復(fù)查工作，還針對(duì)特種設(shè)備和涉電工裝進(jìn)行試運(yùn)行，確認(rèn)使用狀態(tài)安全可靠。

火星探測(cè)器發(fā)射場(chǎng)檢漏工作圓滿完成后，測(cè)試任務(wù)有序開展，火星車率先完成發(fā)射場(chǎng)首次加電。發(fā)射場(chǎng)技術(shù)區(qū)電測(cè)工作是對(duì)整器經(jīng)過運(yùn)輸后、發(fā)射前的全面檢查。測(cè)試過程中，試驗(yàn)隊(duì)各崗位嚴(yán)格按照發(fā)射場(chǎng)測(cè)試計(jì)劃和流程，依據(jù)測(cè)試細(xì)則開展工作，確保無漏測(cè)、無漏判、無錯(cuò)判。試驗(yàn)隊(duì)秉承當(dāng)日事當(dāng)日畢的原則，通過對(duì)數(shù)據(jù)的認(rèn)真判讀，確保了各項(xiàng)測(cè)試工作保質(zhì)保量完成。其中，總環(huán)分隊(duì)經(jīng)過12天的連續(xù)奮戰(zhàn)，高效率、高質(zhì)量地完成了火星車、著陸平臺(tái)、背罩、大底相關(guān)工作交付總體電測(cè)。

產(chǎn)品進(jìn)場(chǎng)后需要接受全面細(xì)致的“體檢”。在這場(chǎng)戰(zhàn)斗中，環(huán)繞器推進(jìn)分系統(tǒng)的充氣過程和放氣過程分別需要工作十幾個(gè)小時(shí)。為此，試驗(yàn)隊(duì)員連續(xù)通宵工作。為了確保工作質(zhì)量、確保產(chǎn)品安全和人員安全，試驗(yàn)隊(duì)提前動(dòng)員，組織推演和演練。6月10日，環(huán)繞器按計(jì)劃與著陸巡視器完成對(duì)接。此前的一個(gè)月時(shí)間里環(huán)繞器完成了為期10天的7類12件機(jī)構(gòu)專項(xiàng)試驗(yàn)，形成了最終發(fā)射狀態(tài)，并完成加電測(cè)試確認(rèn)，滿足要求。 幾乎是同一段時(shí)間，從4月10日火星探測(cè)器進(jìn)場(chǎng)到6月1日完成火星車與著陸平臺(tái)的對(duì)接，試驗(yàn)隊(duì)員在前后53天的時(shí)間里順利完成相關(guān)工作，有效規(guī)避火星車上狹小空間總裝操作的風(fēng)險(xiǎn)。

火星進(jìn)入艙GNC分系統(tǒng)是火星探測(cè)任務(wù)中的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一，直接影響火星著陸的成敗。試驗(yàn)隊(duì)正式進(jìn)駐發(fā)射場(chǎng)后，分系統(tǒng)試驗(yàn)隊(duì)員快速完成了整器測(cè)試狀態(tài)的恢復(fù)和分系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境的搭建。在后續(xù)的整器測(cè)試工作中，進(jìn)入艙GNC分系統(tǒng)順利通過所有測(cè)試項(xiàng)目，整個(gè)過程中無任何異常和質(zhì)量問題。

同時(shí)，傘系減速分系統(tǒng)也順利完成筒蓋裝配工作。彈傘筒筒蓋具有保護(hù)著陸巡視器氣動(dòng)外形完整、確保降落傘組件不與高溫氣流接觸，讓傘系減速環(huán)節(jié)正常進(jìn)行的重要作用。

“我們起步晚了，但3個(gè)目標(biāo)一次任務(wù)完成，起點(diǎn)很高;我們的成果來得慢了，但從工程立項(xiàng)到產(chǎn)品出廠這么快，是你們的光榮和自豪，更要珍惜這次機(jī)會(huì)?！比~培建對(duì)火星探測(cè)器研制團(tuán)隊(duì)道出肺腑之言。

6月的一天，一陣急促的車輪聲由遠(yuǎn)及近，打破了椰林中的寂靜，探測(cè)器推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注工作拉開了序幕。

上午8時(shí)30分，裝滿燃料的貯存罐正等待轉(zhuǎn)運(yùn)。總裝設(shè)計(jì)師王浩和加注負(fù)責(zé)人許健飛核對(duì)確認(rèn)無誤后，將燃料貯罐運(yùn)至加注廠房。

時(shí)鐘劃過9時(shí)30分，轉(zhuǎn)注工作正式開始，“轉(zhuǎn)注人員到崗……檢驗(yàn)……安全員……”一聲聲報(bào)到過后，各崗位準(zhǔn)備就緒。許健飛一聲口令，燃料轉(zhuǎn)注開始。

為了確保萬無一失，各崗位均實(shí)行了雙崗制，檢驗(yàn)監(jiān)督，一步一個(gè)腳印。第二天下午，試驗(yàn)隊(duì)員臉上露出了欣慰的笑容，燃料轉(zhuǎn)注和氧化劑轉(zhuǎn)注工作規(guī)范有序完成。隨后，試驗(yàn)隊(duì)在發(fā)射場(chǎng)歷時(shí)8天，于6月底圓滿完成了推進(jìn)劑加注工作。整個(gè)過程受控，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)滴不漏的目標(biāo)。

◎ 來源| 中國航天報(bào)