火星有了“西柏坡”

近日，國家航天局和中國科學(xué)院聯(lián)合發(fā)布火星全球影像圖。有意思的是，火星上22個(gè)地理實(shí)體，用中國人口小于10萬的歷史文化名村名鎮(zhèn)來命名：西柏坡、古絳、齊都、胡襄、漠河、周莊……

4月24日，在合肥舉行的2023年“中國航天日”主場(chǎng)活動(dòng)啟動(dòng)儀式上，國家航天局和中國科學(xué)院聯(lián)合發(fā)布了中國首次火星探測(cè)火星全球影像圖。

科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過火星高分影像，識(shí)別了著陸點(diǎn)附近大量的地理實(shí)體。國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)根據(jù)相關(guān)規(guī)則將其中的22個(gè)地理實(shí)體，以中國人口數(shù)小于10萬的歷史文化名村名鎮(zhèn)加以命名：西柏坡、古絳、齊都、胡襄、漠河、周莊……

影像圖來之不易。2021年11月至2022年7月，“天問一號(hào)”任務(wù)環(huán)繞器中分辨率相機(jī)對(duì)火星實(shí)施了284軌次遙感成像，地面應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)獲取的14757幅影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這才得到火星全球彩色影像圖?；鹦侨蛴跋駡D有何科學(xué)價(jià)值？背后有哪些故事？中國行星探測(cè)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋?yàn)槟颐亍?/p>

“天問一號(hào)”任務(wù)是中國首個(gè)行星探測(cè)工程

“天問一號(hào)”任務(wù)是中國首個(gè)行星探測(cè)工程，背后是幾千家單位、上萬名科技工作者的連續(xù)攻關(guān)奮斗。

進(jìn)場(chǎng)之前，新冠疫情蔓延。所幸各方協(xié)調(diào)支持，終于在2020年4月按時(shí)進(jìn)入發(fā)射場(chǎng)。此后，科技工作者工作了110多天，于當(dāng)年7月23日準(zhǔn)時(shí)發(fā)射長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭，把承擔(dān)我國首次火星探測(cè)任務(wù)的“天問一號(hào)”探測(cè)器送入奔火軌道。經(jīng)過202天的奔火飛行，“天問一號(hào)”成功進(jìn)入環(huán)火軌道。

2021年5月15日，對(duì)預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行3個(gè)月的詳查后，“天問一號(hào)”成功著陸火星。

5月22日，“祝融號(hào)”火星車踏上火星大地，第一步就邁出了0.522米。當(dāng)時(shí)有人問為什么第一步是0.522米？這是為了紀(jì)念這個(gè)重要的日子。從那時(shí)起，火星車開始巡視探測(cè)，到8月15日完成了既定的90個(gè)火星日探測(cè)目標(biāo)。

這時(shí)候我們就在思考，是否還要繼續(xù)巡視探測(cè)？是把“天問一號(hào)”任務(wù)環(huán)繞器轉(zhuǎn)過去進(jìn)行環(huán)繞探測(cè)還是對(duì)火星車進(jìn)行巡視探測(cè)？如果兩項(xiàng)任務(wù)都完成，會(huì)不會(huì)影響全球遙感探測(cè)？這些風(fēng)險(xiǎn)利弊，我們都得仔細(xì)權(quán)衡。

我們的總目標(biāo)是一次實(shí)現(xiàn)繞著巡——既要實(shí)現(xiàn)巡視探測(cè)，還要實(shí)現(xiàn)對(duì)火星的全球遙感探測(cè)。這就意味著“天問一號(hào)”任務(wù)環(huán)繞器既要對(duì)火星車巡視探測(cè)做中繼通訊，又要對(duì)火星實(shí)現(xiàn)全球遙感探測(cè)，但這兩件事很難同時(shí)做到。

當(dāng)時(shí)，火星車完成任務(wù)目標(biāo)后，狀態(tài)依然良好。于是，我們調(diào)整了整體運(yùn)行方案，先不去環(huán)繞探測(cè)，而是繼續(xù)勘探巡視。直至2022年6月29日，“天問一號(hào)”任務(wù)環(huán)繞器實(shí)現(xiàn)全球遙感探測(cè)。環(huán)繞器到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行超過1000天，不僅狀態(tài)良好，還繼續(xù)在遙感使命軌道開展科學(xué)探測(cè)、積累原始數(shù)據(jù)。

目前，我們的環(huán)繞器和火星車已獲得了1800GB的原始科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。我們對(duì)一手科學(xué)數(shù)據(jù)開展研究，取得了一批原創(chuàng)性科學(xué)成果。

什么是原創(chuàng)性科學(xué)成果？就是在《Science》《Nature》等國際頂尖期刊雜志發(fā)布的成果。它們包括但不限于：通過對(duì)火星車導(dǎo)航地形相機(jī)、火星表面成分探測(cè)儀和火星氣象測(cè)量?jī)x獲取的數(shù)據(jù)開展綜合分析，發(fā)現(xiàn)巡視區(qū)存在距今約7.6億年鹽水活動(dòng)和現(xiàn)代水汽循環(huán)的證據(jù)；通過對(duì)火星表面成分探測(cè)儀數(shù)據(jù)研究，發(fā)現(xiàn)巡視區(qū)近期水活動(dòng)證據(jù)，揭示晚亞馬遜紀(jì)（7億年前）火星水圈比傳統(tǒng)認(rèn)知的更加活躍……

獲取火星影像圖，需要突破三大難關(guān)

本次發(fā)布的影像圖包括火星東西半球正射投影圖、魯賓遜投影圖和墨卡托投影加方位投影圖——密布的撞擊坑、狹長(zhǎng)的裂谷，影像圖上，火星地形地貌清晰可見。但要獲取影像圖，需要突破三大難關(guān)。

一是一次任務(wù)要實(shí)現(xiàn)環(huán)繞、著陸和巡視。在完成既定巡視任務(wù)后，我們還想走得更遠(yuǎn)，讓環(huán)繞器服務(wù)于火星車的巡視，等火星車進(jìn)入自主休眠模式后，環(huán)繞器再進(jìn)行巡視探測(cè)。這是多任務(wù)的規(guī)劃協(xié)調(diào)，多任務(wù)的軌道設(shè)計(jì)和調(diào)整，兼具挑戰(zhàn)性和風(fēng)險(xiǎn)性。

二是火星影像圖的拼接。我們環(huán)繞284軌獲得了14757幅圖片。圖像拼接過程中，相鄰兩個(gè)軌道獲得的圖像之間不能有縫隙，這非?？简?yàn)科研人員的“手藝”。如果軌道控制不精準(zhǔn)，難免出現(xiàn)縫隙；一旦存有縫隙，想彌補(bǔ)就得等七八個(gè)月之后的下一個(gè)周期。另外，相鄰兩軌獲得的圖像不能重疊太多，否則下一軌很可能出現(xiàn)縫隙。我們的制圖要求是重疊15%，這就對(duì)環(huán)繞器運(yùn)行的軌道控制提出了更高要求。

三是圖像顏色正不正。我們利用光譜分辨率更高的多光譜相機(jī)，用環(huán)繞器獲取的數(shù)據(jù)和高分相機(jī)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行矯正，經(jīng)過重重關(guān)卡和挑戰(zhàn)，終于拿到了影像圖。

可能有人不解，為啥要千辛萬苦獲得影像圖？其意義就在于，中國人搞火星探測(cè)，在論證、立項(xiàng)、研制和在軌運(yùn)行過程中，所用底圖都是國外的。如今，我們有了自己的火星全球彩色影像圖，不僅為中國、也為世界同行開展火星探測(cè)工程和火星科學(xué)研究提供了質(zhì)量更好的基礎(chǔ)底圖。這是中國人為人類深空探測(cè)事業(yè)做出的重要貢獻(xiàn)。

不斷刷新行星探測(cè)新高度

“天問一號(hào)”開啟了新征程。此后，我們還將不斷刷新行星探測(cè)新高度。

以“天問二號(hào)”為例，其探測(cè)對(duì)象是近地小行星2016HO3。2016HO3的個(gè)頭很小，距離地球超過4000萬公里，是國際公認(rèn)的有特殊性的天體。“天問二號(hào)”的主任務(wù)就是探測(cè)2016HO3，而且要從2016HO3上采樣回來，這將是中國人第一次從行星際拿回樣品。完成任務(wù)后，我們?cè)贍?zhēng)取探測(cè)一個(gè)主帶的小行星，這顆小行星是主帶彗星。

小行星探測(cè)難度非常大。與火星不同，小行星上沒有重力，這意味著航天器無法環(huán)繞小行星飛行，只能在茫茫宇宙中追上它并伴飛，在此過程中附著、取樣。

目前，“天問二號(hào)”已基本完成初樣研制階段的工作，2023年中期將轉(zhuǎn)入正樣研制階段，計(jì)劃于2025年前后實(shí)施發(fā)射。

我們還規(guī)劃了“天問三號(hào)”和“天問四號(hào)”任務(wù)?！疤靻柸?hào)”將從火星取樣返回，“天問四號(hào)”將探測(cè)木星系。這兩項(xiàng)任務(wù)的難度都非常大，還要通過兩三年時(shí)間進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。中國全體航天人會(huì)繼續(xù)努力，不辜負(fù)大家的期望。

（《人民日?qǐng)?bào)》2023.4.25馮華/文等）