專訪天問一號火星環(huán)繞器總體主任設(shè)計師：未來將把火星表面樣品帶回地球

　　中新網(wǎng)北京7月14日電 題：專訪天問一號火星環(huán)繞器總體主任設(shè)計師：未來將把火星表面樣品帶回地球

　　記者余湛奕

　　天問一號成功著陸火星、“祝融號”火星車駛上火星表面、國家航天局發(fā)布天問一號實拍影像……近期天問一號頻繁登上社交媒體熱搜，引發(fā)熱議。

　　中國航天科技集團(tuán)有限公司第八研究院五〇九所火星環(huán)繞器總體主任設(shè)計師牛俊坡近日接受中新網(wǎng)記者專訪，講述他所經(jīng)歷的“天問探火”故事。他說，國家后續(xù)將規(guī)劃實施火星取樣返回任務(wù)，將把火星表面樣品帶回地球。

　　作為中國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器的核心分器——火星環(huán)繞器的總體主任設(shè)計師，牛俊坡及其所在團(tuán)隊承擔(dān)了火星環(huán)繞器抓總研制任務(wù)。牛俊坡自2010年開始參與火星探測論證階段工作。2016年天問一號工程立項后，他便全身心投入到環(huán)繞器系統(tǒng)設(shè)計、技術(shù)攻關(guān)、系統(tǒng)測試以及當(dāng)前的在軌飛行控制工作。

　　在天問一號獲取第一手火星科學(xué)數(shù)據(jù)之前，中國航天人對火星的了解大多源自國外。在牛俊坡看來，中國人探測火星要面臨的首個挑戰(zhàn)，是環(huán)境要素的不確知。

　　“我們掌握的數(shù)據(jù)主要來源于美國、俄羅斯等發(fā)布的探測數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確？能否作為工程研制的輸入條件？我們心里是沒底的。”他說，為了抵消這些不確定因素帶來的風(fēng)險，在設(shè)計和研制過程中，科研人員采取了提高系統(tǒng)設(shè)計的可靠性和冗余、把已知數(shù)據(jù)拉偏做測試、對產(chǎn)品提出更高要求等方法來解決問題。

　　除了對環(huán)境的不確知，遠(yuǎn)距離“長途通信”也是一大難題。

　　地球到火星的距離最遠(yuǎn)達(dá)到4億公里，是地球到月球距離的1000倍。牛俊坡告訴記者，天問一號探測器主要由環(huán)繞器和著陸巡視器(含“祝融號”火星車)兩部分組成，在停泊軌道環(huán)繞器實施降軌機(jī)動，將“祝融號”分離后會繼續(xù)上升至中繼軌道，變身成為通信器，為“祝融號”與地球之間建立起中繼通信。由于地面站與探測器間通信主要是依靠無線電波實現(xiàn)，因此距離越遠(yuǎn)，接收到的信號就越微弱。另外，4億公里的超遠(yuǎn)距離還會導(dǎo)致通信時延變長。

　　“探測器和地球的距離是在變化的，最近的時候大概是5500萬公里，最遠(yuǎn)可達(dá)4億公里，所以最長的通訊延時長達(dá)22分鐘。”牛俊坡說，通信延時對控制探測器帶來了很大影響和風(fēng)險。如果出現(xiàn)太陽位于地球和探測器之間的情況，還會造成長時間的通信中斷，地面看不到探測器的運行，探測器也接收不到地面指令。

　　實際上，這些看似困難的問題早在天問一號探測器發(fā)射之前就被科學(xué)家們充分考慮到了。牛俊坡說，探測器早在設(shè)計階段就已加入自主功能，在通信時延和通信中斷的情況下，探測器可以不完全依賴于地面操作和控制，自主完成在軌運行。

　　縱觀世界航天史，天問一號不僅在火星上首次留下中國人的印跡，還首次成功實現(xiàn)了通過一次任務(wù)完成火星環(huán)繞、著陸和巡視三大目標(biāo)的壯舉。

　　2021年5月15日，天問一號著陸巡視器成功著陸火星。5月22日，“祝融號”火星車成功駛離著陸平臺，到達(dá)火星表面開始巡視探測，并向地球發(fā)回珍貴的影像資料。6月27日，中國國家航天局發(fā)布了天問一號火星探測任務(wù)著陸和巡視探測系列實拍影像，包括著陸巡視器開傘和下降過程、“祝融號”火星車駛離著陸平臺聲音及火星表面移動過程視頻，火星全局環(huán)境感知圖像、火星車車轍圖像等。

　　據(jù)中國官方消息，截至7月8日，設(shè)計壽命為3個火星月、相當(dāng)于約92個地球日的“祝融號”火星車已在火星表面工作54個火星日，導(dǎo)航地形相機(jī)每日對沿途地貌進(jìn)行成像，圖中可見火星巖石的紋理特征和火星車車轍等。截至7月11日，“祝融號”火星車?yán)塾嬓旭?10.025米，工況正常。

　　牛俊坡表示，“祝融號”設(shè)計壽命已經(jīng)過半，總體運行狀況良好。目前，“祝融號”一天能完成預(yù)設(shè)三天的工作量。

　　他說，“祝融號”原本設(shè)計是三天為一個周期，包括對周圍的環(huán)境感知、對圖像和數(shù)據(jù)進(jìn)行探測、路線規(guī)劃并移動。但在火星著陸后，“祝融號”在通信能力和移動速度等方面都優(yōu)于預(yù)期，在一天內(nèi)就能完成對感知、探測、移動。

　　由于沒有設(shè)計返回，“祝融號”在設(shè)計壽命結(jié)束后，還將超壽命服役一段時間。“祝融號”本身就有直接對地通信鏈路，所以即使環(huán)繞器無法提供中繼支持，“祝融號”還能有其他作為。牛俊坡坦言：”我們未來的工作，還將規(guī)劃并實施取樣返回任務(wù)，實現(xiàn)把火星表面樣品帶回地球。”

　　“就像此前嫦娥五號能帶回月壤一樣，讓大家也能看到來自火星表面的物質(zhì)。”牛俊坡說。

　　2006年牛俊坡在北京交通大學(xué)本科畢業(yè)后，又進(jìn)入哈爾濱工業(yè)大學(xué)繼續(xù)讀研，從事航天器有關(guān)的課題研究。畢業(yè)后，考慮到專業(yè)對口，他選擇進(jìn)入航天系統(tǒng)工作。工作期間，牛俊坡曾獲中國青年五四獎?wù)隆⑸虾Ｊ屑夹g(shù)發(fā)明二等獎等榮譽(yù)。

　　牛俊坡告訴記者，奮戰(zhàn)在航天一線的工作人員年輕面孔占比很高，青年人充滿激情、有活力、富有創(chuàng)造力。航天系統(tǒng)有經(jīng)驗豐富的前輩指導(dǎo)把關(guān)、成熟穩(wěn)重的同事牽頭帶隊、干勁十足的青年人一線沖鋒，是一個朝氣蓬勃、能打硬仗的集體。

　　談及自身從事的航天事業(yè)，牛俊坡說：“選擇這個行業(yè)，就要始終保持對工作的興趣和熱情，堅守初心，保持責(zé)任心，勇于擔(dān)當(dāng)，這樣才能把工作做好。”(完)