给天问一号造“眼睛”,让航天器度过火星着陆“黑色九分钟”

2023-01-16 13:34:39 来源: 瞭望 2023年第3期

 

 

  火星,你好

这个敏感器就像一双眼睛,既能为天问一号提供“避坑指南”,确保其平稳落地不“翻车”,又能担当“泊位助手”,能帮着陆火星的天问一号找到最佳“停车场”

“眼睛”发挥作用的时间只有短短几分钟,研制时间却长达六年之久

把个人理想追求融入国家的航天事业,朱飞虎说:“某种程度上,感觉自己与国家命运连接在了一起。”

征途漫漫,“眼睛”会帮助我们抵达更遥远的星球,看到更广阔的星辰大海

  文 |《瞭望》新闻周刊记者 常清潭 实习生 徐英杰 王婷 曾令令

  

  在太阳系里,有一颗红色星球。古人称其为“荧惑”,寓意“荧荧之光,令人迷惑。”

  它就是火星。

  火星,有“航天器的墓地”之称。从1960年到现在,人类开展火星探测活动40多次,成功率不到50%。

  2021年5月15日,中国首款自主研发火星探测器天问一号,在飞行近10个月后成功完成火星软着陆。在世界航天史上,这是首次实现通过一次任务完成火星环绕、着陆和巡视三大目标。

  来自北京控制工程研究所的朱飞虎,是天问一号火星着陆多功能避障敏感器的主任设计师。

  多功能避障敏感器就像一双眼睛,既能为天问一号提供“避坑指南”,确保其平稳落地不“翻车”,又能担当“泊位助手”,帮天问一号在火星上找到最佳“停车场”。

  九分钟

  四亿公里,是火星到地球的距离。

  九分钟,是探测器从进入火星大气到着陆所需的时间。

  这九分钟,是“黑色”的。

  火星大气稀薄且不稳定,地表坑坑洼洼,不时还会出现沙尘暴天气。许多探测器还未着陆就已经“断腿断脚”,直接夭折。在这期间,科研人员无法进行地面干预,只能依靠探测器进行自主控制,精准无误地完成多个复杂工作。差一秒,发射任务都有可能失败。

  这九分钟,决定了探测器的“生死”。

  为保证天问一号不“翻车”,朱飞虎和同事们为它装上一双特殊的“眼睛”——火星着陆多功能避障敏感器。

  “对天问一号而言,这双‘眼睛’是用来保命的。”朱飞虎介绍说,着陆火星前,探测器的速度减小到一定程度后,“头顶”的降落伞和背罩完成了使命,将脱离探测器。“‘眼睛’的功能是将降落伞和背罩导航到不同的落点,避免出现‘大型车祸现场’。”

  “着陆前三分钟,‘眼睛’启动挑选‘泊车位’功能,看清哪里有‘绊脚石’和大坑,通过识别太阳光在地表上的阴影寻找平坦的‘停车场’。”他说。

  当距离火星表面100米时,探测器会及时“刹车”,悬停在空中。“眼睛”开始仔细扫描脚下的土地,精准躲开小于20厘米的小型岩石和陨石坑。

  2021年5月15日,天问一号平稳降落在火星东南部的乌托邦平原上。北京航天飞行控制中心指挥大厅的红色屏幕上,亮起“热烈祝贺中国首次火星探测天问一号任务着陆火星圆满成功”字样的电子横幅。

  “大家高喊‘火星,你好’,就像经历了大考的学生一样尽情狂欢。”朱飞虎说。

  六年

  “眼睛”发挥作用的时间只有短短几分钟,朱飞虎带领团队的“备考”之路却长达六年。

  “遇到过数不清的挑战。”朱飞虎说,“为了不断提高‘眼睛’的精确度,我们进行了大大小小上千次试验。”

  位于河北怀来、敦煌等地模拟火星地表建设的试验场,见证了这双“眼睛”的诞生。“我们用石头和凹坑做了很多工况,检验‘眼睛’能否适应不同的地形条件。”朱飞虎说。

  除了“眼睛”研发的压力,还有一种压力是参与火星探测工程的所有工作人员都有的。

  火星探测窗口期两年多才会出现一次,十分宝贵。中国和阿联酋、美国均将发射任务定在了2020年7月中下旬。

  一次性实现火星环绕、着陆和巡视三大任务,“压力倍增,也在无形中督促我们把任务完成得更好。”朱飞虎说。

  天问一号在火星上首次留下中国人的印迹,标志着中国迈出了星际探测征程的重要一步,实现了从地月系到行星际的跨越。这充分展现了中国航天人的智慧,标志着我国在行星探测领域跨入世界先进行列。

  把个人理想追求融入国家的航天事业,朱飞虎说:“某种程度上,感觉自己与国家命运连接在了一起。”

天问一号“着巡合影”图 国家航天局供图

  初心

  对朱飞虎而言,走上航天科研道路,是好奇心和兴趣使然。

  童年时,朱飞虎就开始阅读天文学书籍,再加上爸妈都是理工科背景出身的教师,从小就给他讲天文学故事,航天的“种子”早已播撒在心间。

  本硕博阶段,他先后就读于哈尔滨理工大学和清华大学,一直学习电子科学与技术专业。身边陆续有同学换了“赛道”,转行金融、互联网等其他职业。朱飞虎却未曾动摇过。

  不忘初心,深耕光电导航领域,以所学参与国家重大工程建设,是他选定的努力方向。

  多功能避障敏感器的研制成功,为深空探测后续着陆任务提供了重要技术支撑。“未来,在火星采样返回、载人登月等任务中,‘眼睛’将继续发挥作用。”朱飞虎说。

  “天问一号的名字出自屈原的名篇《天问》。”在朱飞虎看来,这个名字寓意国人对星辰和万物发问,也代表着中国取得深空探测任务成功的决心。

  巡天探宇,我国的深空探测一直步履不停。

  “深空探测是一场无止境的冒险。”朱飞虎说,“征途漫漫,这双‘眼睛’会帮助我们抵达更遥远的星球,看到更广阔的星辰大海。”