第一次去火星，應(yīng)該怎么走？

/盧伊

1833 年，在英國科學(xué)促進(jìn)會(huì)第三次大會(huì)上，“科學(xué)家”一詞被提出來，用以稱呼那些從事一般科學(xué)研究的工作者。這是一個(gè)擁有共同信念——探索自然規(guī)律并將其付諸實(shí)踐的新群體。科學(xué)家們因?yàn)榫哂袑ｉT的知識(shí)，更有條件提前發(fā)現(xiàn)世界的危險(xiǎn)和潛能，所以也肩負(fù)特別的責(zé)任。

回顧歷史你會(huì)發(fā)現(xiàn)，科學(xué)是技術(shù)的推手，如果某個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)原理有突破性的發(fā)展后，就會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化到技術(shù)上，促進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展，比如電磁理論和現(xiàn)代通信技術(shù)，萬有引力理論和航天技術(shù)。

在今天，清潔能源、生命科學(xué)、新材料、信息領(lǐng)域、人工智能……這諸多改變我們的生活、甚至可能會(huì)影響人類命運(yùn)的變革，正是由科學(xué)家們所興起的。

每一次科學(xué)技術(shù)的變革和發(fā)展都有無數(shù)科學(xué)家的身影，居里夫人花了4年時(shí)間，從幾十噸廢渣中，才提煉出了0.1 克鐳；屠呦呦為了提取青蒿素，試驗(yàn)了191 次才獲得成功。幾乎每一項(xiàng)讓我們受惠的科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，都經(jīng)歷了不止一代科學(xué)家的努力。他們?cè)诓挥?jì)其數(shù)的錯(cuò)誤中，一點(diǎn)點(diǎn)地接近真相。

科學(xué)是一場(chǎng)接力賽，看不到終點(diǎn)。

那些科學(xué)家的故事可能讓你熱血沸騰，也可能讓你對(duì)科學(xué)家和他們從事的工作望而生畏。但科學(xué)已經(jīng)深深鐫刻在生活的每個(gè)細(xì)節(jié)中，影響著每一個(gè)人。

正如中國科學(xué)院院士潘建偉所說的 ：“我們的宇宙是從某個(gè)基點(diǎn)爆炸，炸出了原子、分子、萬物，然后經(jīng)過一百多億年的進(jìn)化，才進(jìn)化出這個(gè)地球，人類的存在。然后我們還能反過來研究自然界，來暢想這個(gè)宇宙，我覺得這就是一件非常值得珍惜的事情。這么多原子能夠構(gòu)成我這個(gè)潘建偉，構(gòu)成了你能夠一起來討論科學(xué)的力量，本身就是一個(gè)非常小非常小的概率事件。能好好對(duì)待我們這個(gè)世界，我覺得這可能就是科學(xué)所帶來的一個(gè)終極的力量吧。”

張榮橋永遠(yuǎn)忘不掉一年前的那個(gè)清晨。

2021 年5 月15 日 凌 晨，在距地球3.2 億公里外的火星軌道，天問一號(hào)著陸巡視器與環(huán)繞器分離后，按照預(yù)定的軌跡，進(jìn)入火星大氣層。著陸巡視器展開配平翼，彈出降落傘，分離防熱大底和背罩，著陸平臺(tái)伸開著陸腿，一系列的動(dòng)作之后，在距離火星表面100米的高度上懸停，尋找著最適合的著陸點(diǎn)，最后緩緩降落。著陸平臺(tái)在跨越“黑色九分鐘”后，于7 時(shí)18 分穩(wěn)穩(wěn)落在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，中國首次火星探測(cè)任務(wù)著陸火星成功了。

成功著陸的那刻，有人無意間拍到張榮橋落淚的樣子，相關(guān)短視頻當(dāng)天就刷了屏。他事后回憶這一瞬間，只留下12 個(gè)字：“不能自已，流下淚水，有甜有咸。”

中國首次火星探測(cè)任務(wù)取得圓滿成功，在國際上引起巨大反響。工程總設(shè)計(jì)師張榮橋，于近日獲評(píng)“2021-2022 影響世界華人大獎(jiǎng)”。

時(shí)隔一年，回憶當(dāng)初，張榮橋仍難掩內(nèi)心的激動(dòng)。歷經(jīng)四年論證，六年研制生產(chǎn)，工程團(tuán)隊(duì)在發(fā)射場(chǎng)堅(jiān)持了110多天，緊盯發(fā)射后飛行的202天，在探測(cè)器進(jìn)入環(huán)火軌道后又日夜堅(jiān)守了93 天，為的就是如期實(shí)現(xiàn)立項(xiàng)之初就定下的目標(biāo)：在第一個(gè)百年前夕，讓我們中國的機(jī)器人登陸火星。“如期兌現(xiàn)了這個(gè)承諾，我們當(dāng)然很激動(dòng)，我們沒有辜負(fù)祖國對(duì)我們的期望。”

“十年磨一劍”

步入航天領(lǐng)域，始于機(jī)緣巧合。

張榮橋出生于安徽祁門縣，當(dāng)年填報(bào)高考志愿時(shí)，老師給了他兩個(gè)字的建議，“偏”——找偏遠(yuǎn)地區(qū)的高校，“冷”——選冷門的專業(yè)，這樣錄取概率更大。因此，他選擇了西北電訊工程學(xué)院（今為西安電子科技大學(xué)）電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)。

1988 年本科畢業(yè)后，張榮橋進(jìn)入中國空間技術(shù)研究院繼續(xù)深造，選擇的仍然是老專業(yè)——空間電磁場(chǎng)。畢業(yè)后在中國空間技術(shù)研究院，一干就是13 年，主要從事衛(wèi)星測(cè)控和遙感信息處理方面的工作，后加入探月工程團(tuán)隊(duì)，曾擔(dān)任探月工程副總設(shè)計(jì)師。

2010 年，隨著中國提出火星探測(cè)設(shè)想，張榮橋根據(jù)組織安排，開始從事工程的規(guī)劃論證和立項(xiàng)工作，也是“十年磨一劍”。

但工作之初，他深感這項(xiàng)工作就兩個(gè)詞：難，重要。

難，成功很難。火星一度被航天界稱為“航天器的墓地”。目前，國際上47 次火星探測(cè)任務(wù)中，僅25 次成功或部分成功，而火星著陸任務(wù)的成功率更是僅有45%，工程實(shí)施難度不言而喻。

重要，即意義重大。“探測(cè)地外行星是我們認(rèn)識(shí)宇宙奧秘的一個(gè)重要途徑和手段。”張榮橋說，“開展深空探測(cè)不僅有助于人類了解太陽系和生命起源與演化規(guī)律，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類文明的持續(xù)進(jìn)步，也是國家綜合國力和創(chuàng)新能力的體現(xiàn)，我們中國人也應(yīng)該在這個(gè)領(lǐng)域有所建樹。”但第一次去火星，應(yīng)該怎么走？張榮橋坦言，這是論證階段花力氣最多、爭(zhēng)議最大的一個(gè)問題。

當(dāng)時(shí)，項(xiàng)目組深知火星探測(cè)的難度，曾考慮采取類似探月工程“繞、落、回”三步走的方案，這樣風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小，穩(wěn)扎穩(wěn)打。

“ 但我們還是心有不甘。”張榮橋說，“中國火星探測(cè)起步晚，同國外存在一定差距，但隨著我國成功實(shí)施載人航天和探月工程，為火星探測(cè)提供了一定的技術(shù)和設(shè)備基礎(chǔ)，我們不能只考慮風(fēng)險(xiǎn)，而要有擔(dān)當(dāng)精神和攻堅(jiān)克難的勇氣，一旦成功，不僅能節(jié)省經(jīng)費(fèi)，更能在短時(shí)間內(nèi)完成技術(shù)跨越，使中國步入行星探測(cè)領(lǐng)域世界先進(jìn)行列，這是我們幾代中國航天人的夢(mèng)想，也是我國航天事業(yè)發(fā)展的必然選擇。”

經(jīng)過長時(shí)間的思想碰撞，專家們終于達(dá)成共識(shí)：我們“伸伸手”“踮踮腳”，一步實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”風(fēng)險(xiǎn)可控。

不過，這也意味著研制難度和風(fēng)險(xiǎn)加大。“說得直白一些，即失敗的可能性增加，這些都變成了研制人員的壓力。”面對(duì)巨大挑戰(zhàn)，工程團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目初期就做好計(jì)劃，對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)確認(rèn)，并開展了大量地面試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

多個(gè)第一次背后

論證完成后，2014 年9月，中國首次火星探測(cè)任務(wù)進(jìn)入先期研制階段，兩年后正式立項(xiàng)。早在那時(shí)，就已定好發(fā)射時(shí)間：2020 年7 月下旬。

這不僅因?yàn)闀r(shí)值火星探測(cè)發(fā)射窗口期，更想趕在新中國迎來第一個(gè)百年之際，讓中國的機(jī)器人在火星表面巡視。

“六年前確定的（發(fā)射）時(shí)刻，我們?nèi)缂s而行，遇到的困難和挑戰(zhàn)還是非常巨大的。”天問一號(hào)任務(wù)在我國航天發(fā)展史上實(shí)現(xiàn)了多個(gè)第一次：第一次實(shí)現(xiàn)探測(cè)器第二宇宙速度發(fā)射，第一次實(shí)現(xiàn)行星際飛行，第一次實(shí)現(xiàn)地外行星軟著陸，第一次實(shí)現(xiàn)地外行星表面巡視探測(cè)，第一次實(shí)現(xiàn)4 億公里遠(yuǎn)距離測(cè)控通信，第一次獲取第一手的火星科學(xué)數(shù)據(jù)，最為重要的是在國際上第一次通過一次任務(wù)成功實(shí)現(xiàn)了火星環(huán)繞、著陸和巡視三大目標(biāo)。

每一個(gè)第一次背后，都有著無數(shù)科研攻堅(jiān)的艱辛與挑戰(zhàn)。

受天體運(yùn)行規(guī)律和技術(shù)的約束，每隔26 個(gè)月才有一次發(fā)射窗口期，每次大約持續(xù)半個(gè)月，每天約30 分鐘。一旦錯(cuò)過，發(fā)射就要推遲26 個(gè)月。但突如其來的新冠疫情給原本緊張的研制周期帶來巨大沖擊。原定于2020 年發(fā)射的歐空局和俄羅斯的聯(lián)合火星探測(cè)項(xiàng)目，就因技術(shù)原因和疫情影響無奈延期。

“我們的工程研制人員面對(duì)疫情帶來的嚴(yán)重困難，勇于擔(dān)當(dāng)，在各級(jí)政府和有關(guān)單位的大力協(xié)同、周密安排、密切配合之下，克服疫情對(duì)任務(wù)實(shí)施的不利影響，實(shí)現(xiàn)按計(jì)劃準(zhǔn)時(shí)成功發(fā)射。”張榮橋說。

2020 年7 月23 日， 長征五號(hào)運(yùn)載火箭搭載著天問一號(hào)探測(cè)器駛?cè)胄强眨?jīng)過202天的星際飛行和93 天的火星環(huán)繞與著陸區(qū)詳查，綜合獲取到的有關(guān)著陸區(qū)的各種信息后，張榮橋?qū)χ懭蝿?wù)充滿信心。

相比成功著陸的結(jié)果，張榮橋更關(guān)注過程，“因?yàn)檫^程決定結(jié)果”。為此，他們從研制伊始，就始終保持戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢、如履薄冰、如臨深淵的態(tài)度做好各項(xiàng)工作。

如針對(duì)火星大氣稀薄且具有不確定性，工程人員研發(fā)了氣動(dòng)外形減速技術(shù)，確保著陸巡視器在著陸過程中保持穩(wěn)定姿態(tài)并高效減速；為適應(yīng)火星復(fù)雜地形，他們?yōu)榛鹦擒囋O(shè)計(jì)了六輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，此外在碳化硅車輪上還有“中”字型的浮雕，既能用于標(biāo)記行駛里程，又能在火星表面留下中國印記。

“過程關(guān)注到了，對(duì)于結(jié)果我們心里是有底的。”2021年5 月15 日，天問一號(hào)探測(cè)器平穩(wěn)降落在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，整個(gè)過程“像教科書那樣精準(zhǔn)和順暢”。5月22 日，祝融號(hào)火星車駛離著陸平臺(tái)，正式踏上火星大地，開啟巡視探測(cè)之旅。由此，中國首次火星探測(cè)任務(wù)一次實(shí)現(xiàn)火星“環(huán)繞、著陸、巡視”三大目標(biāo)，工程取得圓滿成功，邁出了中國行星探測(cè)征程的重要一步。

目前，祝融號(hào)火星車已開展超過300 個(gè)火星日的探險(xiǎn)之旅，不僅傳回大量科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)，還與歐空局“火星快車”軌道器開展了在軌中繼通信試驗(yàn)。

開啟行星探測(cè)的新征程

2021 年12 月15 日，張榮橋入選《自然》雜志“影響2021 年科學(xué)事件的十位人物”，是當(dāng)年榜單上唯一的 中 國 人。2022 年7 月16日，他亦獲頒“世界因你而美麗——2021-2022 影響世 界華人盛典”大獎(jiǎng)，以表彰其作為中國首次火星探測(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師，在世界科學(xué)研究領(lǐng)域做出的卓越貢獻(xiàn)。該獎(jiǎng)項(xiàng)由鳳凰衛(wèi)視集團(tuán)聯(lián)合海內(nèi)外多家華語媒體發(fā)起，共同推舉和表彰不同領(lǐng)域成就卓越、具有世界影響力的杰出華人典范。

“這不是我個(gè)人多么出色多么優(yōu)秀，而是世界上的同行對(duì)天問一號(hào)任務(wù)給予了高度的認(rèn)同，我作為工程總設(shè)計(jì)師只是做了我應(yīng)該做的事情。”相比個(gè)人榮譽(yù)，張榮橋更將此視為對(duì)工程背后的五大系統(tǒng)、上千家研制單位、數(shù)萬名科技工作者十年工作的肯定。

曾有人問他，如果給中國首次火星探測(cè)任務(wù)打分，你會(huì)打多少分？張榮橋說：“若從研制要求來看，我們交了100分考卷，但在卷子之外，我們還可以做得更好。”有人認(rèn)為這是一種謙遜之姿，也有人覺得頗有完美主義的味道，但張榮橋并不認(rèn)同，他一直堅(jiān)持實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度，精益求精。

截至2022 年5 月中旬，祝融號(hào)火星車已工作300 多個(gè)火星日，累計(jì)行駛1921 米，并回傳大量一手科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。這看似“超期服役”的成果，張榮橋卻覺得符合預(yù)期。

如今，隨著火星北半球進(jìn)入冬季，太陽光照強(qiáng)度逐漸減弱，夜間氣溫降至-100 ℃以下，著陸區(qū)還出現(xiàn)了沙塵天氣，祝融號(hào)火星車開始進(jìn)入休眠模式，等待年底火星北半球冬去春來時(shí)，再喚醒重啟。

在其上空數(shù)百公里外的環(huán)火軌道上，運(yùn)行超700 天的天問一號(hào)環(huán)繞器仍在不停地工作，其攜帶的七臺(tái)科學(xué)探測(cè)載荷已實(shí)現(xiàn)對(duì)火星的全球遙感探測(cè)。

“天問一號(hào)開啟了中國行星探測(cè)的新征程。”張榮橋說，“任務(wù)的成功不僅將極大推動(dòng)中國空間科學(xué)特別是行星科學(xué)研究的發(fā)展，通過工程掌握的關(guān)鍵技術(shù)和建成的設(shè)施，也將為后續(xù)工程奠定良好基礎(chǔ)，并提供重要的人才資源保障。”

按照中國行星探測(cè)工程的整體規(guī)劃，中國將以火星探測(cè)為主線，在2030 年前后，陸續(xù)開展小行星探測(cè)、火星取樣返回和木星系探測(cè)等任務(wù)。

“人類迄今還沒有實(shí)現(xiàn)火星取樣返回，對(duì)我們來講挑戰(zhàn)巨大。”張榮橋說。曾有科學(xué)家稱，這是可以與阿波羅登月相媲美的人類科技創(chuàng)舉，可見其難度之大。但他認(rèn)為，中國行星探測(cè)工程發(fā)展規(guī)劃是環(huán)環(huán)相扣的，天問一號(hào)火星探測(cè)任務(wù)已實(shí)現(xiàn)了火星到達(dá)和著陸巡視，正在開展的天問二號(hào)小行星取樣返回任務(wù)將實(shí)驗(yàn)從地外天體采樣返回技術(shù)，而這些，都將成為天問三號(hào)火星取樣返回重要環(huán)節(jié)的先期驗(yàn)證，通過逐步分解任務(wù)，破解技術(shù)難題。張榮橋表示：“將以中國速度，不斷續(xù)寫中國行星探測(cè)的新高度。”