探“火”之際話(huà)“螢火”

游本鳳

火星夢(mèng)不會(huì)熄滅，直到實(shí)現(xiàn)的那一天。

2020年7月23日， “天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器從海南文昌發(fā)射場(chǎng)出發(fā)，飛向那顆最遠(yuǎn)距離地球4億公里的紅色星球——火星，就此邁開(kāi)了中國(guó)探“火”的步伐。

中國(guó)的火星探尋之旅，并非從“天問(wèn)一號(hào)”才開(kāi)始的。早在9年前的2011年，由上海航天人獨(dú)立研制的“螢火一號(hào)”搭載“福布斯”火星探測(cè)器，乘坐俄羅斯“天頂號(hào)”火箭升空，由于俄羅斯火箭的上面級(jí)未完成點(diǎn)火變軌動(dòng)作，導(dǎo)致此次發(fā)射失利。盡管“螢火一號(hào)”首戰(zhàn)出師不利，但通過(guò)“螢火一號(hào)”研制的全過(guò)程，讓航天人在探“火”領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究，掌握了原先未認(rèn)識(shí)的研制途徑，并初步建立了較為完備的遠(yuǎn)程測(cè)控體系。這些，均為這次“天問(wèn)一號(hào)”探“火”打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

小個(gè)子的作用不容小覷

“螢火一號(hào)”之得名，聽(tīng)有關(guān)航天專(zhuān)家解釋有兩種說(shuō)法：一是由于“螢火一號(hào)”體積較小，看上去有點(diǎn)小巧玲瓏的感覺(jué)，在茫茫太空中就像一只小小的螢火蟲(chóng)，故將其命名為“螢火一號(hào)”;二是由于火星在古代被稱(chēng)為“螢惑”，所以取其諧音，命名為“螢火一號(hào)”。

“螢火一號(hào)”在衛(wèi)星家族中只能算小個(gè)子，它長(zhǎng)75厘米、寬75厘米、高60厘米，體重僅110公斤。“螢火一號(hào)”體積雖小，但作用卻不可小覷。因?yàn)槠鋽y帶等離子探測(cè)包、掩星探測(cè)接收機(jī)、光學(xué)成像儀和磁強(qiáng)計(jì)等“利器”，肩負(fù)中國(guó)首次對(duì)地外行星空間環(huán)境進(jìn)行探測(cè)的任務(wù)，當(dāng)時(shí)還希望填補(bǔ)國(guó)際上火星電離層掩星探測(cè)的空白。回顧“螢火一號(hào)”的探測(cè)任務(wù)，主要有三項(xiàng)：一是探測(cè)火星的空間環(huán)境;二是探測(cè)火星表面水的消失機(jī)制;三是揭示類(lèi)地行星空間環(huán)境演化特征。

攻克長(zhǎng)火影技術(shù)難關(guān)

在“螢火一號(hào)”奔赴火星的漫漫旅途中，最致命的是它將遭遇7次長(zhǎng)火影，每一次的長(zhǎng)火影其最低溫度在零下200多攝氏度，最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間為8.8小時(shí)，且全部處于黑夜?fàn)顟B(tài)。螢火一號(hào)上的能源主要依靠太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換來(lái)獲取能量，再利用自身攜帶的鋰離子蓄電池保存能量。光照期間，星上太陽(yáng)能帆板電池陣充分吸收能量發(fā)電，為星上設(shè)備供電，并對(duì)蓄電池充電。而在長(zhǎng)火影期間，失去了光照，則利用蓄電池釋放的電能來(lái)維持設(shè)備供電。

“螢火一號(hào)”模型。

這是因?yàn)樵陂L(zhǎng)火影期間太陽(yáng)能帆板無(wú)法接收到陽(yáng)光的緣故，為保持低功耗，星上各臺(tái)單機(jī)不得不進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)長(zhǎng)火影結(jié)束后，再通過(guò)遙控手段對(duì)各單機(jī)加熱加電實(shí)施喚醒。

據(jù)上海航天技術(shù)研究院509所研制人員介紹，根據(jù)“螢火一號(hào)”面臨長(zhǎng)期火星陰影環(huán)境的特點(diǎn)，他們對(duì)“螢火一號(hào)”的長(zhǎng)火影熱控設(shè)計(jì)及深冷試驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行了研究，給出了火星探測(cè)器長(zhǎng)火影熱控自主控制流程，以及各階段熱控方案。同時(shí)通過(guò)改造現(xiàn)有真空環(huán)境模擬器，完成了我國(guó)第一個(gè)實(shí)現(xiàn)全包絡(luò)20K超低溫背景模擬的真空熱試驗(yàn)。長(zhǎng)火影試驗(yàn)結(jié)果表明：“螢火一號(hào)”熱控設(shè)計(jì)完全能滿(mǎn)足度過(guò)長(zhǎng)火影的低溫環(huán)境要求，各單機(jī)在出火影后，均能被成功地喚醒，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

為了攻克長(zhǎng)火影技術(shù)難關(guān)，星上鋰離子蓄電池要經(jīng)受深冷低溫考驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證其在超低溫環(huán)境下的穩(wěn)定性。于是他們將蓄電池放在超低溫環(huán)境下做了許多次充放電試驗(yàn)。這是鋰離子蓄電池技術(shù)在我國(guó)首次進(jìn)行應(yīng)用于深空探測(cè)活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，并突破了高比能量、低剩磁、超低溫工作、巡航段長(zhǎng)時(shí)間待命等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)的深空探測(cè)活動(dòng)積累了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

另外，他們還搭建了一個(gè)模擬火星超低溫（-260℃）黑暗嚴(yán)酷惡劣環(huán)境的空間，讓火星探測(cè)器艱難地依靠自帶電池在休眠狀態(tài)下維持運(yùn)作。雖然這一試驗(yàn)只有8.8小時(shí)，但在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，他們卻像熬過(guò)了漫長(zhǎng)的一個(gè)世紀(jì)。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，“螢火一號(hào)”上的16臺(tái)單機(jī)在超低溫環(huán)境下均能被喚醒并正常工作，證明了衛(wèi)星的設(shè)計(jì)方案正確，鋰離子蓄電池質(zhì)量過(guò)硬，經(jīng)得起長(zhǎng)火影惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。像做這樣的長(zhǎng)火影試驗(yàn)，克服如此大溫差的惡劣環(huán)境，在當(dāng)時(shí)我國(guó)所有衛(wèi)星研制過(guò)程中從未有過(guò)，也為如今“天問(wèn)一號(hào)”的問(wèn)世做出了貢獻(xiàn)。

探“火”之路必須自己走

在吸取了“螢火一號(hào)”搭載別人“順風(fēng)車(chē)”不靠譜的教訓(xùn)后，中國(guó)航天界深刻認(rèn)識(shí)到，不掌握核心技術(shù)，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)求助于人，絕大多數(shù)都要吃“藥”，而且是啞巴吃黃連，捏著鼻子咽苦水。

隨著中國(guó)數(shù)次探月的成功，表明中國(guó)航天人已經(jīng)掌握了進(jìn)軍深空領(lǐng)域的核心技術(shù)。因此，未來(lái)中國(guó)的探“火”一定會(huì)依靠自己的科技力量，走獨(dú)立自主、創(chuàng)新發(fā)展之路，舉中華民族科技之力將比“螢火一號(hào)”技術(shù)更先進(jìn)、體積更龐大、探索功能更多樣的火星探測(cè)器發(fā)射出去，奔向遙遠(yuǎn)的火星。如今的“天問(wèn)一號(hào)”就是例證——將同時(shí)一次實(shí)現(xiàn)“繞”“落”“巡”目標(biāo)，給全世界一個(gè)驚喜和巨大震撼。

當(dāng)今，正朝著建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)之路大步邁進(jìn)的中國(guó)航天，以實(shí)施航天強(qiáng)國(guó)標(biāo)志性項(xiàng)目——探測(cè)火星作為重要抓手之一，“天問(wèn)一號(hào)”未來(lái)的成功，必將成為中國(guó)航天邁向深空的又一座里程碑。

“螢火一號(hào)”上的16臺(tái)單機(jī)在超低溫環(huán)境下均能被喚醒并正常工作，證明了衛(wèi)星的設(shè)計(jì)方案正確。