新安晚報(bào) 安徽網(wǎng) 大皖客戶端訊 2月10日晚間，農(nóng)歷除夕前夕，執(zhí)行我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)的“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器進(jìn)行近火制動(dòng)，在“剎車”后被火星“捕獲”。發(fā)動(dòng)機(jī)工作約15分鐘后，探測(cè)器順利進(jìn)入近火點(diǎn)高度約400千米、周期約10個(gè)地球日、傾角約10o的大橢圓環(huán)火軌道，成為我國(guó)第一顆人造火星衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)此次任務(wù)“繞、著、巡”目標(biāo)的第一步，成功開(kāi)啟環(huán)繞火星模式。

去年七月，中國(guó)科大獨(dú)立研制的火星環(huán)繞器有效載荷火星磁強(qiáng)計(jì)隨“天問(wèn)一號(hào)”成功發(fā)射。作為研發(fā)團(tuán)隊(duì)骨干成員之一，中國(guó)科大“天問(wèn)一號(hào)”載荷工程師劉凱副研究員當(dāng)天接受了新安晚報(bào) 安徽網(wǎng) 大皖客戶端記者的獨(dú)家專訪，解讀探火背后的科學(xué)目標(biāo)。

設(shè)備各方面情況非常“健康”

“冥昭瞢暗，誰(shuí)能極之？”2300多年前，我國(guó)浪漫主義詩(shī)人屈原用長(zhǎng)詩(shī)《天問(wèn)》，向宇宙洪荒、天地自然發(fā)問(wèn)。神秘而璀璨的星空，自古以來(lái)就令生活在地球上的人們充滿好奇與向往。

2020年7月23日12時(shí)41分，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器升空，飛行2000多秒后探測(cè)器成功進(jìn)入預(yù)定軌道，開(kāi)啟奔火之旅。此次近火制動(dòng)成功，對(duì)于“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)任務(wù)可謂邁出重要一步。

記者了解到，火星探測(cè)器由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，其中環(huán)繞器攜帶著陸巡視器完成地火轉(zhuǎn)移飛行和近火制動(dòng)，進(jìn)入環(huán)火軌道后擇機(jī)釋放著陸巡視器，并開(kāi)展環(huán)繞科學(xué)探測(cè)等工作，而著陸巡視器則需要實(shí)現(xiàn)火星表面軟著陸、分離釋放火星車、開(kāi)展巡視探測(cè)等任務(wù)。

劉凱告訴記者，中國(guó)科大獨(dú)立研制的火星磁強(qiáng)計(jì)位于環(huán)繞器上，此次并不會(huì)著陸到火星上。待今年五月左右著陸巡視器釋放后，將正式開(kāi)展工作，加電開(kāi)機(jī)探測(cè)，直到使命結(jié)束。

“我們的磁強(qiáng)計(jì)有一個(gè)很長(zhǎng)的伸桿，像天線一樣，為了保證探測(cè)器的飛行狀態(tài)不受影響，目前是處于壓縮收緊狀態(tài)。”經(jīng)過(guò)200多天的漫長(zhǎng)飛行，火星磁強(qiáng)計(jì)大部分時(shí)間都在“沉睡”，只在一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，如發(fā)射、長(zhǎng)時(shí)間飛行等情況下，被“喚醒”過(guò)三次完成載荷的自檢工作，確認(rèn)能否在深空環(huán)境下正常工作。劉凱說(shuō)，目前設(shè)備各方面情況都非常“健康”。這次制動(dòng)成功之后，根據(jù)計(jì)劃，或?qū)⒃俅芜M(jìn)行載荷自檢工作。

適宜人類的居住地需要磁場(chǎng)存在

火星是離太陽(yáng)第四近的行星，與地球鄰近且環(huán)境最為相似，是人類走出地月系統(tǒng)開(kāi)展深空探測(cè)的首選目標(biāo)。記者了解到，“天問(wèn)一號(hào)”火星環(huán)繞器共配置7臺(tái)科學(xué)載荷，在奔赴火星期間將開(kāi)展火星大氣逃逸機(jī)制等科學(xué)研究，環(huán)繞火星時(shí)將開(kāi)展火星全球和綜合性科學(xué)探測(cè)任務(wù)，火星磁強(qiáng)計(jì)就是其中之一。

那么它的探測(cè)任務(wù)到底是什么？如果用一句話進(jìn)行概括，劉凱說(shuō)就是測(cè)量火星的空間磁場(chǎng)環(huán)境。磁場(chǎng)環(huán)境到底有多重要， “我們?nèi)祟愔栽诘厍蛏戏毖埽褪且驗(yàn)橛写艑釉诒Ｗo(hù)著我們。”劉凱打了個(gè)比方，電影《2012》描述了一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)異常，地球磁場(chǎng)被太陽(yáng)風(fēng)剝離，地球遭遇了毀滅性打擊的災(zāi)難場(chǎng)景。“有了磁場(chǎng)的存在，大氣層才能夠牢牢固定在地球表面，我們才有了呼吸的空氣，維持人類的生存。”不僅如此，磁層可以保持水在大氣層循環(huán)，另外有了大氣層還能保護(hù)地球不受到太陽(yáng)風(fēng)暴、隕石等外界空間的沖擊，我們生活的地球才不會(huì)像月球表面一樣被砸得坑坑洼洼的。

這樣一來(lái)，探測(cè)火星磁場(chǎng)的意義就不言而喻了。大量的科幻作品認(rèn)為火星以前有人類文明，根據(jù)現(xiàn)在的觀測(cè)，火星的巖石上還有很多剩磁，空間也有一些感應(yīng)的磁場(chǎng)。劉凱認(rèn)為，未來(lái)，我們想把火星打造成適宜人類的居住地，無(wú)論是自發(fā)的建立，還是有方法去改造環(huán)境，都必須要有磁場(chǎng)的存在。

進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，此次火星磁強(qiáng)計(jì)的主要科學(xué)探測(cè)任務(wù)就包括全面準(zhǔn)確地測(cè)量火星空間邊界層，探測(cè)火星南部局地巖層的剩磁及火星感應(yīng)磁層，研究近火空間處的行星際等離子體和行星際磁場(chǎng)，同時(shí)還會(huì)結(jié)合其他載荷儀器對(duì)火星大氣中的粒子逃逸等問(wèn)題開(kāi)展研究。

未來(lái)或給火星繪制“磁場(chǎng)圖”

其實(shí)，身負(fù)“重任”的火星磁強(qiáng)計(jì)只有幾公斤重，是個(gè)名副其實(shí)的“小而精”。劉凱告訴記者，不論是“天問(wèn)一號(hào)”深空探測(cè)器還是近地衛(wèi)星，能夠測(cè)量科學(xué)數(shù)據(jù)的載荷，都會(huì)有重量和功率上的限制。尤其是“天問(wèn)一號(hào)”需要飛行長(zhǎng)達(dá)七個(gè)月才能抵達(dá)火星，對(duì)燃料和太陽(yáng)帆板的電池容量都會(huì)進(jìn)行精確計(jì)算，載荷超重就有可能影響整體的飛行。

火星磁強(qiáng)計(jì)實(shí)物圖

雖然塊頭很小，一旦正式工作，火星磁強(qiáng)計(jì)長(zhǎng)達(dá)3米多的伸桿就將展開(kāi)。劉凱解釋，火星探測(cè)器是在地面建造的，作為一個(gè)電磁系統(tǒng)本身就有很強(qiáng)的磁場(chǎng)。因此，為了減少干擾，所以設(shè)計(jì)了足夠長(zhǎng)的伸桿，這樣一來(lái)就可以從數(shù)據(jù)中識(shí)別并剔除出探測(cè)器本身的影響，從而更加準(zhǔn)確探測(cè)記錄火星環(huán)境磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。

記者了解到，火星磁強(qiáng)計(jì)的設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)達(dá)兩年，實(shí)際的工作時(shí)間或?qū)⒊^(guò)兩年。“它會(huì)一圈一圈地測(cè)量火星的磁場(chǎng)，未來(lái)將給火星繪制了一個(gè)磁場(chǎng)圖。”劉凱說(shuō)，想繪制一張完整的磁場(chǎng)地圖，僅憑“天問(wèn)一號(hào)”的努力還不夠，需要結(jié)合多方的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)。

因?yàn)榛鹦巧系拇艌?chǎng)不是很穩(wěn)定，容易受到太陽(yáng)風(fēng)暴等因素影響，科學(xué)家還將結(jié)合火星車的磁強(qiáng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)，建立一個(gè)從天到地的磁場(chǎng)變化。“未來(lái)在天問(wèn)一號(hào)成功的基礎(chǔ)上，我們還想在后續(xù)任務(wù)上搭載磁強(qiáng)計(jì)，繼續(xù)了解深空磁場(chǎng)情況。”

中國(guó)科大參與深空奧秘探索

如今，火星被視作除地球外有可能孕育生命的星球之一，也被認(rèn)為是未來(lái)人類最有可能移居的行星，這些都吸引著多個(gè)國(guó)家去探索這顆神秘星球。國(guó)際火星探測(cè)已取得了豐富成果，發(fā)現(xiàn)了曾經(jīng)有水、甚至現(xiàn)在還存在水的若干證據(jù)，極大激發(fā)了人們?cè)诨鹦菍ふ疑臒崆椋渤蔀楫?dāng)前國(guó)際深空探測(cè)的熱點(diǎn)，吸引著科學(xué)家們不斷貢獻(xiàn)智慧。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)于2016年1月正式啟動(dòng)火星探測(cè)火星磁強(qiáng)計(jì)的研制任務(wù)，承擔(dān)研制任務(wù)的是地球和空間科學(xué)學(xué)院的空間有效載荷研制平臺(tái)。該平臺(tái)同時(shí)隸屬于中國(guó)科學(xué)院近地空間環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中科院比較行星學(xué)卓越創(chuàng)新中心，由汪毓明教授從2012年起開(kāi)始牽頭組建，主要研制兩類空間有效載荷：一是空間低能粒子探測(cè)器，二是空間磁場(chǎng)探測(cè)器。其中，火星磁強(qiáng)計(jì)載荷研制的主要負(fù)責(zé)人為張鐵龍教授，參與的骨干有郝新軍、李毅人、潘宗浩、劉凱、陳滿明和李新等人。

劉凱告訴記者，張鐵龍教授曾擔(dān)任歐洲空間局 “金星快車”上磁強(qiáng)計(jì)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，也是天問(wèn)一號(hào)火星磁強(qiáng)計(jì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和主任設(shè)計(jì)師，在科研攻關(guān)中不斷推進(jìn)磁場(chǎng)探測(cè)技術(shù)在深空的應(yīng)用。

對(duì)于科學(xué)家們來(lái)說(shuō)，約3個(gè)月后的著陸是又一關(guān)鍵時(shí)刻。“天問(wèn)一號(hào)”的著陸點(diǎn)，是火星北半球的烏托邦平原。不過(guò)，近火制動(dòng)后，它還要繞火星科學(xué)考察飛行3個(gè)月左右，對(duì)著陸區(qū)進(jìn)行初步探查，才能在氣候條件好的時(shí)候擇機(jī)著陸，屆時(shí)也是火星磁強(qiáng)計(jì)開(kāi)始工作的時(shí)間。

“這次制動(dòng)成功，整體任務(wù)就取得了節(jié)點(diǎn)性的勝利。”劉凱表示，他們也將為接下來(lái)的工作積極準(zhǔn)備。

新安晚報(bào) 安徽網(wǎng) 大皖客戶端記者 陳牧

編輯：陶娜