逐夢火星“天問一號”問天往事

陳立　趙聰　五軒

火星，這顆人類孜孜以求探索了60年的紅色星球，正一點點地被揭開神秘面紗。人類認識宇宙、認識生命的邊界也在不斷擴展。

2020年，中國也出發了。7月23日，長征五號踏焰而起，數億公里的“天問”之旅開始了。這也是中國火箭飛得最快的一次。

2021年4月24日上午，在中國航天日主會場，國家航天局正式公布中國第一輛火星車命名：祝融號。

中國深空探測的起點

在“嫦娥一號”任務取得圓滿成功后，中國也在謀劃深空探測后續發展，火星很快進入視野。孫家棟、葉培建等院士提議要搶占先機，啟動探火任務。

2010年8月，8位院士聯名向國家建議：開展月球以遠深空探測的綜合論證。國家國防科工局立即組織專家組開展發展規劃和實施方案論證。火星探測，成為中國深空探測的起點和重點。

另一方面，中國還以國際交流合作的形式，嘗試“搭車”去火星。2011年11月8日，由航天科技集團八院509所研制的“螢火一號”探測器和俄羅斯的“福布斯—土壤”探測器一起搭乘俄羅斯運載火箭起飛，“螢火”取自“熒惑”諧音。但“福布斯—土壤”探測器未能按照計劃變軌，隨后，歐空局方面宣布放棄獲取探測器信號的嘗試，任務以失敗告終。

“螢火一號”出現意外之后，中國決心自主開展火星探測任務。有專家總結，中國要想實現自主深空探測，除了探測器這個“主角”，還要解決運載火箭推力不夠的問題，并織起更強大的深空探測網。

探測器系統副總指揮李振才回憶：“2013年3月，航天科技集團的專家提出‘我們自己上火星，一步實現環繞、著陸、巡視探測的目標。”

2014年9月，國防科工局探月與航天工程中心召開首次火星探測任務先期啟動會，明確了要圍繞探測器這條主線，啟動先期研制工作。五院立即成立型號研制隊伍，從2014年10月開始“自掏腰包”，先動了起來。那時，一些重要的試驗保障設施還不齊全。

在對實施方案經過三輪迭代和深化后，中國首次火星探測任務（“天問一號”任務）于2016年1月批準立項，把目標定為：在國際上首次通過一次發射任務，實現火星環繞、著陸、巡視探測，成為世界上第二個獨立掌握火星著陸巡視探測技術的國家。

當時，我國已成功完成數次月球探測任務，為探火任務打下了基礎。探火任務由工程總體和探測器、運載火箭、發射場、測控、地面應用五大系統組成。

五大系統就位

中國深空探測“領路人”之一的葉培建院士，回顧自己在參與“東方紅一號”的年代，根本不敢想象有生之年還能看到中國邁向火星。他賦詩曰：“紅色星球走一回，四億征程只等閑。”

“天問一號”示意圖。圖片|新華網

2016—2018年，探測器的初樣研制工作歷時兩年，做了800多個專項試驗。2018年9月，探測器轉入正樣研制階段;2020年3月，探測器順利通過出廠評審，4月初運抵文昌航天發射場。

探測器系統總指揮赫榮偉表示，在不到4年的時間內，探測器完成研制驗證、出廠，這是所有參研單位的工程師、科學家辛勤勞動所得的，大家創造了中國航天同類型號的研制紀錄。探測器的參研單位多達600余家，多線并行，多地并進;各階段總裝、測試及大型試驗涉及大量的協調管理和資源保障工作;光軟件規模就高達155萬行代碼……

“我們起步晚了，但3個目標一次任務完成，起點很高;我們的成果來得慢了，但從工程立項到產品出廠這么快，是你們的光榮和自豪，更要珍惜這次機會。”葉培建對火星探測器研制團隊道出肺腑之言。

“而且，中國火星探測沒有重復其他國家的老路。”2020年兩會期間，全國政協委員、五院黨委書記趙小津表示，一次發射實現三大目標，這是其他國家火星探測任務從沒有過的，面臨的挑戰也是前所未有的。

火星車與著陸巡視器外觀設計構型圖。圖片|新華網

2019年11月14日，中國火星探測任務首次公開亮相。當天，中國國家航天局邀請部分外國駐華使館及國際組織人員，赴河北懷來觀摩著陸器懸停避障試驗。安全著陸是火星探測任務最艱巨的挑戰之一。因為現在的火星是一個干旱、寒冷的世界，大氣稀薄，塵暴肆虐，試驗旨在驗證探測器安全著陸火星的“本領”。 據火箭系統總設計師李東介紹，在此次火星探測任務中，具備5噸地火轉移軌道運載能力的長征五號火箭，第一次達到并超過第二宇宙速度，將“天問一號”探測器送上通往紅色星球的“長途高速公路”。

在深空探測的漫長旅途上，信號十分微弱，如果接收不到信號，就無法對探測器的運行狀態做出判斷和調整。北京航天飛行控制中心專家麻永平也表示，之前中國還沒有達到探測火星的測控要求，后續規劃中要建大口徑天線，慢慢具備火星探測、測控的能力。

2020年年初，地面應用系統在天津武清還建成了一副70米口徑天線，與已有地面數據接收天線進行組陣，接收火星傳回的科學數據。這副亞洲最大的單口徑全可動天線，將接收最遠4億公里外火星車傳回地球的微弱信號。

嚴慎細實保成功

陽春三月，乍暖還寒時，新冠肺炎疫情依舊籠罩神州。航天科技集團五院火星探測器試驗隊頂住壓力，從2020年3月開始陸續踏上了奔赴海南文昌航天發射場的征程。吹響集結號，向海南進發。

葉培建院士向試驗隊員寄語——第一要堅定“信心”：我們邁向火星起步晚了，但是我們一次任務完成3個目標，起點很高;我們的成果來得慢了，但從立項到出廠這么快，是大家的光榮和自豪，要珍惜機會。第二要認真“擔心”：回顧我們遇到的質量問題，最擔心的不是技術問題，而是單機質量，設計師要擔心自己的產品，不要做面子工程，而要實實在在地去想、去做、去挖，“只有做爹娘的才最了解自己的孩子”。

在第一批、第二批試驗隊員集中進場后，試驗隊也進入了常態化防疫管理階段。通過設置專用觀察區、張貼提示等方式，確保解除隔離人員和隔離人員互不接觸，為隔離人員提供不接觸的送餐和快遞服務，解決新進場人員隔離期間的生活需求。

2020年4月3日，試驗隊先頭部隊解除隔離，立刻投入到緊張的工作中。4月的海南，天氣變化莫測，前一刻還是晴朗明媚，下一刻便烏云密布，隨之而來的是淅淅瀝瀝的小雨。在暴雨橙色預警下，隊員們爭分奪秒，齊心協力開始設備拆箱、轉運等工作，終于在暴雨來襲前成功將所有設備轉運至測試廠房，大家長舒了一口氣。接下來，各分系統按照預定計劃有條不紊地開始設備展開、部署和調試工作。

4月10日，火星探測器順利運抵發射場，于次日凌晨4時安全轉運至總裝大廳。

隨著探測器產品的就位，項目辦組織了進場儀器設備復查工作，還針對特種設備和涉電工裝進行試運行，確認使用狀態安全可靠。

火星探測器發射場檢漏工作圓滿完成后，測試任務有序開展，火星車率先完成發射場首次加電。發射場技術區電測工作是對整器經過運輸后、發射前的全面檢查。測試過程中，試驗隊各崗位嚴格按照發射場測試計劃和流程，依據測試細則開展工作，確保無漏測、無漏判、無錯判。試驗隊秉承當日事當日畢的原則，通過對數據的認真判讀，確保了各項測試工作保質保量完成。其中，總環分隊經過12天的連續奮戰，高效率、高質量地完成了火星車、著陸平臺、背罩、大底相關工作交付總體電測。

產品進場后需要接受全面細致的“體檢”。在這場戰斗中，環繞器推進分系統的充氣過程和放氣過程分別需要工作十幾個小時。為此，試驗隊員連續通宵工作。為了確保工作質量、確保產品安全和人員安全，試驗隊提前動員，組織推演和演練。6月10日，環繞器按計劃與著陸巡視器完成對接。此前的一個月時間里環繞器完成了為期10天的7類12件機構專項試驗，形成了最終發射狀態，并完成加電測試確認，滿足要求。 幾乎是同一段時間，從4月10日火星探測器進場到6月1日完成火星車與著陸平臺的對接，試驗隊員在前后53天的時間里順利完成相關工作，有效規避火星車上狹小空間總裝操作的風險。

火星進入艙GNC分系統是火星探測任務中的關鍵分系統之一，直接影響火星著陸的成敗。試驗隊正式進駐發射場后，分系統試驗隊員快速完成了整器測試狀態的恢復和分系統測試環境的搭建。在后續的整器測試工作中，進入艙GNC分系統順利通過所有測試項目，整個過程中無任何異常和質量問題。

同時，傘系減速分系統也順利完成筒蓋裝配工作。彈傘筒筒蓋具有保護著陸巡視器氣動外形完整、確保降落傘組件不與高溫氣流接觸，讓傘系減速環節正常進行的重要作用。

“我們起步晚了，但3個目標一次任務完成，起點很高;我們的成果來得慢了，但從工程立項到產品出廠這么快，是你們的光榮和自豪，更要珍惜這次機會。”葉培建對火星探測器研制團隊道出肺腑之言。

6月的一天，一陣急促的車輪聲由遠及近，打破了椰林中的寂靜，探測器推進劑轉注工作拉開了序幕。

上午8時30分，裝滿燃料的貯存罐正等待轉運。總裝設計師王浩和加注負責人許健飛核對確認無誤后，將燃料貯罐運至加注廠房。

時鐘劃過9時30分，轉注工作正式開始，“轉注人員到崗……檢驗……安全員……”一聲聲報到過后，各崗位準備就緒。許健飛一聲口令，燃料轉注開始。

為了確保萬無一失，各崗位均實行了雙崗制，檢驗監督，一步一個腳印。第二天下午，試驗隊員臉上露出了欣慰的笑容，燃料轉注和氧化劑轉注工作規范有序完成。隨后，試驗隊在發射場歷時8天，于6月底圓滿完成了推進劑加注工作。整個過程受控，實現了點滴不漏的目標。

◎ 來源| 中國航天報