第一次去火星，應該怎么走？

/盧伊

1833 年，在英國科學促進會第三次大會上，“科學家”一詞被提出來，用以稱呼那些從事一般科學研究的工作者。這是一個擁有共同信念——探索自然規(guī)律并將其付諸實踐的新群體。科學家們因為具有專門的知識，更有條件提前發(fā)現(xiàn)世界的危險和潛能，所以也肩負特別的責任。

回顧歷史你會發(fā)現(xiàn)，科學是技術的推手，如果某個領域的科學原理有突破性的發(fā)展后，就會逐漸轉化到技術上，促進技術的快速發(fā)展，比如電磁理論和現(xiàn)代通信技術，萬有引力理論和航天技術。

在今天，清潔能源、生命科學、新材料、信息領域、人工智能……這諸多改變我們的生活、甚至可能會影響人類命運的變革，正是由科學家們所興起的。

每一次科學技術的變革和發(fā)展都有無數(shù)科學家的身影，居里夫人花了4年時間，從幾十噸廢渣中，才提煉出了0.1 克鐳；屠呦呦為了提取青蒿素，試驗了191 次才獲得成功。幾乎每一項讓我們受惠的科學技術的出現(xiàn)，都經(jīng)歷了不止一代科學家的努力。他們在不計其數(shù)的錯誤中，一點點地接近真相。

科學是一場接力賽，看不到終點。

那些科學家的故事可能讓你熱血沸騰，也可能讓你對科學家和他們從事的工作望而生畏。但科學已經(jīng)深深鐫刻在生活的每個細節(jié)中，影響著每一個人。

正如中國科學院院士潘建偉所說的 ：“我們的宇宙是從某個基點爆炸，炸出了原子、分子、萬物，然后經(jīng)過一百多億年的進化，才進化出這個地球，人類的存在。然后我們還能反過來研究自然界，來暢想這個宇宙，我覺得這就是一件非常值得珍惜的事情。這么多原子能夠構成我這個潘建偉，構成了你能夠一起來討論科學的力量，本身就是一個非常小非常小的概率事件。能好好對待我們這個世界，我覺得這可能就是科學所帶來的一個終極的力量吧?！?/p>

張榮橋永遠忘不掉一年前的那個清晨。

2021 年5 月15 日 凌 晨，在距地球3.2 億公里外的火星軌道，天問一號著陸巡視器與環(huán)繞器分離后，按照預定的軌跡，進入火星大氣層。著陸巡視器展開配平翼，彈出降落傘，分離防熱大底和背罩，著陸平臺伸開著陸腿，一系列的動作之后，在距離火星表面100米的高度上懸停，尋找著最適合的著陸點，最后緩緩降落。著陸平臺在跨越“黑色九分鐘”后，于7 時18 分穩(wěn)穩(wěn)落在火星烏托邦平原南部預選著陸區(qū)，中國首次火星探測任務著陸火星成功了。

成功著陸的那刻，有人無意間拍到張榮橋落淚的樣子，相關短視頻當天就刷了屏。他事后回憶這一瞬間，只留下12 個字：“不能自已，流下淚水，有甜有咸。”

中國首次火星探測任務取得圓滿成功，在國際上引起巨大反響。工程總設計師張榮橋，于近日獲評“2021-2022 影響世界華人大獎”。

時隔一年，回憶當初，張榮橋仍難掩內心的激動。歷經(jīng)四年論證，六年研制生產(chǎn)，工程團隊在發(fā)射場堅持了110多天，緊盯發(fā)射后飛行的202天，在探測器進入環(huán)火軌道后又日夜堅守了93 天，為的就是如期實現(xiàn)立項之初就定下的目標：在第一個百年前夕，讓我們中國的機器人登陸火星?！叭缙趦冬F(xiàn)了這個承諾，我們當然很激動，我們沒有辜負祖國對我們的期望?！?/p>

“十年磨一劍”

步入航天領域，始于機緣巧合。

張榮橋出生于安徽祁門縣，當年填報高考志愿時，老師給了他兩個字的建議，“偏”——找偏遠地區(qū)的高校，“冷”——選冷門的專業(yè)，這樣錄取概率更大。因此，他選擇了西北電訊工程學院（今為西安電子科技大學）電磁場與微波技術專業(yè)。

1988 年本科畢業(yè)后，張榮橋進入中國空間技術研究院繼續(xù)深造，選擇的仍然是老專業(yè)——空間電磁場。畢業(yè)后在中國空間技術研究院，一干就是13 年，主要從事衛(wèi)星測控和遙感信息處理方面的工作，后加入探月工程團隊，曾擔任探月工程副總設計師。

2010 年，隨著中國提出火星探測設想，張榮橋根據(jù)組織安排，開始從事工程的規(guī)劃論證和立項工作，也是“十年磨一劍”。

但工作之初，他深感這項工作就兩個詞：難，重要。

難，成功很難?；鹦且欢缺缓教旖绶Q為“航天器的墓地”。目前，國際上47 次火星探測任務中，僅25 次成功或部分成功，而火星著陸任務的成功率更是僅有45%，工程實施難度不言而喻。

重要，即意義重大?！疤綔y地外行星是我們認識宇宙奧秘的一個重要途徑和手段?！睆垬s橋說，“開展深空探測不僅有助于人類了解太陽系和生命起源與演化規(guī)律，推動社會經(jīng)濟發(fā)展和人類文明的持續(xù)進步，也是國家綜合國力和創(chuàng)新能力的體現(xiàn)，我們中國人也應該在這個領域有所建樹。”但第一次去火星，應該怎么走？張榮橋坦言，這是論證階段花力氣最多、爭議最大的一個問題。

當時，項目組深知火星探測的難度，曾考慮采取類似探月工程“繞、落、回”三步走的方案，這樣風險相對較小，穩(wěn)扎穩(wěn)打。

“ 但我們還是心有不甘。”張榮橋說，“中國火星探測起步晚，同國外存在一定差距，但隨著我國成功實施載人航天和探月工程，為火星探測提供了一定的技術和設備基礎，我們不能只考慮風險，而要有擔當精神和攻堅克難的勇氣，一旦成功，不僅能節(jié)省經(jīng)費，更能在短時間內完成技術跨越，使中國步入行星探測領域世界先進行列，這是我們幾代中國航天人的夢想，也是我國航天事業(yè)發(fā)展的必然選擇?！?/p>

經(jīng)過長時間的思想碰撞，專家們終于達成共識：我們“伸伸手”“踮踮腳”，一步實現(xiàn)“繞、著、巡”風險可控。

不過，這也意味著研制難度和風險加大?！罢f得直白一些，即失敗的可能性增加，這些都變成了研制人員的壓力。”面對巨大挑戰(zhàn)，工程團隊在項目初期就做好計劃，對技術方案進行反復設計確認，并開展了大量地面試驗驗證工作。

多個第一次背后

論證完成后，2014 年9月，中國首次火星探測任務進入先期研制階段，兩年后正式立項。早在那時，就已定好發(fā)射時間：2020 年7 月下旬。

這不僅因為時值火星探測發(fā)射窗口期，更想趕在新中國迎來第一個百年之際，讓中國的機器人在火星表面巡視。

“六年前確定的（發(fā)射）時刻，我們如約而行，遇到的困難和挑戰(zhàn)還是非常巨大的。”天問一號任務在我國航天發(fā)展史上實現(xiàn)了多個第一次：第一次實現(xiàn)探測器第二宇宙速度發(fā)射，第一次實現(xiàn)行星際飛行，第一次實現(xiàn)地外行星軟著陸，第一次實現(xiàn)地外行星表面巡視探測，第一次實現(xiàn)4 億公里遠距離測控通信，第一次獲取第一手的火星科學數(shù)據(jù)，最為重要的是在國際上第一次通過一次任務成功實現(xiàn)了火星環(huán)繞、著陸和巡視三大目標。

每一個第一次背后，都有著無數(shù)科研攻堅的艱辛與挑戰(zhàn)。

受天體運行規(guī)律和技術的約束，每隔26 個月才有一次發(fā)射窗口期，每次大約持續(xù)半個月，每天約30 分鐘。一旦錯過，發(fā)射就要推遲26 個月。但突如其來的新冠疫情給原本緊張的研制周期帶來巨大沖擊。原定于2020 年發(fā)射的歐空局和俄羅斯的聯(lián)合火星探測項目，就因技術原因和疫情影響無奈延期。

“我們的工程研制人員面對疫情帶來的嚴重困難，勇于擔當，在各級政府和有關單位的大力協(xié)同、周密安排、密切配合之下，克服疫情對任務實施的不利影響，實現(xiàn)按計劃準時成功發(fā)射。”張榮橋說。

2020 年7 月23 日， 長征五號運載火箭搭載著天問一號探測器駛入星空，經(jīng)過202天的星際飛行和93 天的火星環(huán)繞與著陸區(qū)詳查，綜合獲取到的有關著陸區(qū)的各種信息后，張榮橋對著陸任務充滿信心。

相比成功著陸的結果，張榮橋更關注過程，“因為過程決定結果”。為此，他們從研制伊始，就始終保持戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢、如履薄冰、如臨深淵的態(tài)度做好各項工作。

如針對火星大氣稀薄且具有不確定性，工程人員研發(fā)了氣動外形減速技術，確保著陸巡視器在著陸過程中保持穩(wěn)定姿態(tài)并高效減速；為適應火星復雜地形，他們?yōu)榛鹦擒囋O計了六輪獨立驅動的主動懸架結構系統(tǒng)，此外在碳化硅車輪上還有“中”字型的浮雕，既能用于標記行駛里程，又能在火星表面留下中國印記。

“過程關注到了，對于結果我們心里是有底的?！?021年5 月15 日，天問一號探測器平穩(wěn)降落在火星烏托邦平原南部預選著陸區(qū)，整個過程“像教科書那樣精準和順暢”。5月22 日，祝融號火星車駛離著陸平臺，正式踏上火星大地，開啟巡視探測之旅。由此，中國首次火星探測任務一次實現(xiàn)火星“環(huán)繞、著陸、巡視”三大目標，工程取得圓滿成功，邁出了中國行星探測征程的重要一步。

目前，祝融號火星車已開展超過300 個火星日的探險之旅，不僅傳回大量科學探測數(shù)據(jù)，還與歐空局“火星快車”軌道器開展了在軌中繼通信試驗。

開啟行星探測的新征程

2021 年12 月15 日，張榮橋入選《自然》雜志“影響2021 年科學事件的十位人物”，是當年榜單上唯一的 中 國 人。2022 年7 月16日，他亦獲頒“世界因你而美麗——2021-2022 影響世 界華人盛典”大獎，以表彰其作為中國首次火星探測任務工程總設計師，在世界科學研究領域做出的卓越貢獻。該獎項由鳳凰衛(wèi)視集團聯(lián)合海內外多家華語媒體發(fā)起，共同推舉和表彰不同領域成就卓越、具有世界影響力的杰出華人典范。

“這不是我個人多么出色多么優(yōu)秀，而是世界上的同行對天問一號任務給予了高度的認同，我作為工程總設計師只是做了我應該做的事情?！毕啾葌€人榮譽，張榮橋更將此視為對工程背后的五大系統(tǒng)、上千家研制單位、數(shù)萬名科技工作者十年工作的肯定。

曾有人問他，如果給中國首次火星探測任務打分，你會打多少分？張榮橋說：“若從研制要求來看，我們交了100分考卷，但在卷子之外，我們還可以做得更好?！庇腥苏J為這是一種謙遜之姿，也有人覺得頗有完美主義的味道，但張榮橋并不認同，他一直堅持實事求是、嚴謹務實的科學態(tài)度，精益求精。

截至2022 年5 月中旬，祝融號火星車已工作300 多個火星日，累計行駛1921 米，并回傳大量一手科學探測數(shù)據(jù)。這看似“超期服役”的成果，張榮橋卻覺得符合預期。

如今，隨著火星北半球進入冬季，太陽光照強度逐漸減弱，夜間氣溫降至-100 ℃以下，著陸區(qū)還出現(xiàn)了沙塵天氣，祝融號火星車開始進入休眠模式，等待年底火星北半球冬去春來時，再喚醒重啟。

在其上空數(shù)百公里外的環(huán)火軌道上，運行超700 天的天問一號環(huán)繞器仍在不停地工作，其攜帶的七臺科學探測載荷已實現(xiàn)對火星的全球遙感探測。

“天問一號開啟了中國行星探測的新征程?！睆垬s橋說，“任務的成功不僅將極大推動中國空間科學特別是行星科學研究的發(fā)展，通過工程掌握的關鍵技術和建成的設施，也將為后續(xù)工程奠定良好基礎，并提供重要的人才資源保障?！?/p>

按照中國行星探測工程的整體規(guī)劃，中國將以火星探測為主線，在2030 年前后，陸續(xù)開展小行星探測、火星取樣返回和木星系探測等任務。

“人類迄今還沒有實現(xiàn)火星取樣返回，對我們來講挑戰(zhàn)巨大?！睆垬s橋說。曾有科學家稱，這是可以與阿波羅登月相媲美的人類科技創(chuàng)舉，可見其難度之大。但他認為，中國行星探測工程發(fā)展規(guī)劃是環(huán)環(huán)相扣的，天問一號火星探測任務已實現(xiàn)了火星到達和著陸巡視，正在開展的天問二號小行星取樣返回任務將實驗從地外天體采樣返回技術，而這些，都將成為天問三號火星取樣返回重要環(huán)節(jié)的先期驗證，通過逐步分解任務，破解技術難題。張榮橋表示：“將以中國速度，不斷續(xù)寫中國行星探測的新高度?！?/p>