“向火星問好”！

從20世紀 60 年代開始，人類就開啟了對火星的探險之旅。

1960年10月，蘇聯先后向火星發射了兩個探測器——“火星1A號”和“火星1B號”。可惜的是，“火星1A號”在飛離地球約1億公里時，因導航設備出現故障，失去了控制；“火星1B號”發射后，因第三節火箭出現故障，任務失敗。

美國對火星的探索也是開端不利。1964年，剛剛成立的美國國家航空航天局（NASA）發射了“水手3號”火星探測器。不過，探測器穿過地球大氣層時，一個保護盾未能推出，這導致所有的探測儀器都沒能打開。美國的第一次嘗試也宣告失敗。

1964年11月28日，美國發射的“水手4號”火星探測器從距離火星1萬公里處拍攝了21幅照片，成為人類第一個成功到達火星的無人宇宙飛船。

這之后，許多國家再次嘗試這條“探火”之路，然而，數據顯示，1960年以來，美國、蘇聯/俄羅斯、日本、印度等國家先后進行了44次火星探測，但成功和部分成功的任務僅有23次，完全成功率是43%。

中國的火星探測起步較晚，所以從任務立項開始，研制團隊就在追趕中不斷前行。2016年初，“探火”任務正式批復立項；2016年7月，火星探測器研制轉入初樣；2016年底，火星探測器完成全部關鍵技術的攻關和設計……此后，研制團隊一路馬不停蹄，在短短4年多的時間內完成了從產品研制驗證到待命出廠再到按計劃發射的全部流程。另外，我國首次火星探測任務要一次性實現“環繞、著陸、巡視探測”三大任務，這在世界航天史上前所未有，難度和挑戰也非比尋常。

“探火”項目之艱，從這60多年來的成功率就可窺見一斑，而中國用4年多的時間走完人類60多年的“探火”之路，其中的艱辛更是不言而喻。

中國首次“探火”的成功，是無數科研工作者智慧的結晶，也是無數高校力量在背后的鼎力支撐。這期，我們就一起來看看“天問一號”背后的部分高校力量。

“天問一號”背后的高校力量

中國科學技術大學“科研之光”

獨立研制火星磁強計

2021年5月25日9時49分，中國科學技術大學獨立研制的“天問一號”火星環繞器有效載荷單機——火星磁強計的伸桿實施了在軌展開，遙測參數顯示伸桿展開到位，返回科學數據顯示產品運行正常，火星磁強計即將開啟對近火空間矢量磁場的科學探測任務。

我國首次火星探測任務于2016年1月正式立項，所研制的火星探測器由著陸器、巡視器和環繞器組成。中國科學技術大學張鐵龍教授率領的研制團隊通過載荷競爭優選，爭取到“天問一號”火星環繞器有效載荷單機——火星磁強計的研制任務，使得中國科學技術大學成為我國深空探測中首所承擔單機級科學載荷任務的高校。

因為火星探測任務具有技術難度高、發射存在窗口期限制等特點，所以在隨后的4年時間里，張鐵龍教授率領的研制團隊弘揚嚴慎細實、無私奉獻等航天精神，克服時間緊、任務重、疫情影響等重重困難，對無磁控衛星的精確空間磁場測量等關鍵技術進行了攻關，按計劃保質量地完成了載荷研制任務，陸續成功交付了火星磁強計模樣件、初樣電性件、初樣結構熱控件、初樣鑒定件以及正樣件等產品，并積極參與聯調聯試、發射場測試演練、在軌測試等工作。

經過各項試驗測試以及用戶單位的驗收確認，中國科學技術大學研制交付的火星磁強計產品功能、性能、指標均符合任務要求。

中國科學技術大學，簡稱“中科大”，于1958年9月在北京創建，郭沫若任首任校長。這是我黨親手創辦的紅色大學，是為“兩彈一星”事業而建立的大學，它的創辦被稱為“我國教育史和科學史上的一項重大事件”。建校后，中國科學院（ 中國科學技術大學是中國科學院所屬高校）實施“全院辦校、所系結合”的辦學方針，高起點、寬口徑培養新興、邊緣、交叉學科的尖端科技人才，匯集了嚴濟慈、華羅庚、錢學森、趙忠堯、郭永懷、趙九章、貝時璋等一批著名科學家，建校第二年即被列為全國重點大學。

在教育部公布的首批“雙一流”建設名單中，中科大共有11個學科入選“一流學科”建設名單，是全國唯一“數理化天地生材”學科均入選的高校。

在第四輪學科評估中，中科大共有15個學科入選A類學科，其中物理學、化學、天文學等7個學科入選A+學科，理學基礎學科全部入選A類學科。事實上，中科大參與評估的一級學科僅有28個，A+學科便占比25%，A類學科占比達到53.5%。以這樣的學科精度，用“小而精”來形容中科大，無疑是貼切的。

科研報國，追求卓越

1966年，中科大告別北京，來到合肥，但它帶來的“科研之光”，從不因此而黯淡。直到今天，中科大在承擔國家重大基礎科學研究項目、關鍵“卡脖子”技術攻關中的戰略地位，仍無可替代。

2020年，中科大潘建偉院士領銜的研究團隊，與中科院合作構建了“九章”光量子計算原型機，使中國成為全球第二個實現“量子優越性”的國家。

2021年10月，“九章二號”的升級亮相，令求解高斯玻色取樣數學問題比目前全球最快的超級計算機快10的24次方倍（億億億倍），再次刷新了國際上光量子操縱的技術水平。

單是量子領域的突破性成就，便足以讓一所學校聲名鵲起。而從“兩彈一星”到探月工程，從“天問一號”火星探測器到世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，從暗物質粒子探測衛星“悟空”號到開通國際上首條量子保密通信干線“京滬干線”……一大批令世界矚目的原始創新成果，都鐫刻著中科大的名字。

天津大學“天大”的貢獻

“造星”團隊

火星探測之旅可謂“步步驚心”，而著陸過程更是被稱為“探火”旅程中最為兇險、最為驚心動魄的“黑色九分鐘”。

蔣明鏡及其團隊所做的研究，就是為“天問一號”平穩度過“黑色九分鐘”護航。因為貢獻顯著，團隊被授予“火星著陸綜合試驗場建設突出貢獻單位”稱號。

蔣明鏡教授的“北洋能源與環境巖土團隊”承擔了中國火星探測計劃中的地面火星地表研制項目。“我們的主要任務可以形象地稱為‘再造火星表面’，因此我們團隊被很多網友形象地稱為‘造星’團隊。火星上的重力只有我們地球的1/3，模擬火星地表地貌形態等環境特征，對未來探測器在火星重力環境下成功著陸具有重要意義。”蔣明鏡介紹。他們的研發內容主要包括：模擬地表成像區域基礎場地、工作區基礎場、火星地表特征，模擬火壤著陸試驗床、火星表面激光和微波特征等。

經過2年的艱苦鉆研，蔣明鏡教授帶領團隊在河北懷來“造星”成功：順利建造了著陸器著陸點的典型火星地表；模擬了接近火星表面真實形態的火星地表地貌等視覺環境并滿足試驗器對可見光、雷達和激光的反射要求；為火星驗證器攜帶的火星探測器設備提供類似火星的探測環境等，并于2019年11月14日成功進行了中國首次火星探測任務著陸器懸停避障試驗。

天津大學的前身是始建于1895年10月2日的北洋大學，為中國第一所現代大學，開中國近代高等教育之先河。

天津大學是首批“211工程”“985工程”重點建設大學，又于2017年入選“世界一流大學建設高校”（A類）。

在第四輪學科評估中，天津大學共有25個一級學科參評，進入A類的學科數達到14個。其中，化學工程與技術學科進入A+檔。另外，學校的11個學科領域進入ESI全球排名前百分之一，其中3個學科領域進入ESI全球排名前千分之一。

敢為人先、自力更生

正所謂“攬慧星以為旍兮，舉斗柄以為麾”，這樣宏大壯闊的理想藍圖無疑需要幾代人的接續奮斗。作為中國第一所現代大學，天津大學早在80年前，便開始了邁向天空的征程。

20世紀30年代，國內的機械工業發展緩慢，生產設備、基礎設施等遠遠落后于先進國家，飛機制造業更是百廢待興。然而，就是在這種極為艱苦的條件下，北洋大學的一位教師還是憑借破除萬難、自力更生的精神，成功研制出了中國歷史上第一臺飛機發動機。

這位教師便是鄧曰謨先生。

1934年，國立北洋工學院（1929年，北洋大學改名為“國立北洋工學院”）成立了“國立北洋大學飛機工程研究會”，南京國民政府軍政部航空署專門撥給學校一架德國制造的飛機，以供研究仿制。當時飛機制造在國內尚屬空白，被說成是“非洋人不可”，而飛機發動機被稱為“飛機的心臟”，工藝異常復雜，因此自主制造飛機發動機被看作是異想天開的舉動。面對挑戰與質疑，鄧曰謨毅然挑起大梁，主持承擔飛機發動機的試制工作。

鄧曰謨和他的助手們一起，從鑄造合金入手，自己動手冶煉。他們用了2年時間，試驗數百次，終于闖過了一道道難關，使鑄造合金在強度、硬度、表面性能方面的技術指標均達到了美國標準。接著他們開始逐一鉆研，仿制飛機發動機零件：取下一件零件，便仿造一件。仿制好之后，鄧曰謨就把仿造的零件裝在原機上“開車”試驗，比較其性能差距并加以改進。最終，整個原機零件都替換成了自制零件，且自制發動機在馬力、轉速、穩定性等方面都達到甚至超越了德機水平。中國第一臺飛機發動機由此誕生。

回望飛機發動機制作的整個過程，鄧曰謨先生敢為人先、自力更生的精神值得每一位天津大學學子銘記傳承。

西安電子科技大學留下足跡，展示輝煌

在中國首次火星探測任務中，西安電子科技大學（以下簡稱“西電”）做出了許多貢獻：包為民院士為中國航天科技集團公司統籌領軍，把控“探火”任務發展方向；張榮橋總師從整體方案到實施細節一一身體力行，對探測任務的方方面面傾注心血；李云松教授團隊為火星探測過程中的圖像處理和數據壓縮貢獻西電方案；眾多以西電航天校友為首的技術骨干投身技術研究和產品研制，參與到了火星探測任務的各個環節。

將“天問”的答案打包“回傳”

相較于地球的近鄰月球，火星到地球的距離實屬遙遠。要想讓在火星上探測到的各類圖像和數據“看得清”“收得回”，數據壓縮必不可少。李云松團隊就承擔了這項圖像處理和數據壓縮的任務。對于這項任務，李云松教授打了一個很形象的比喻：“這條物理鏈路就相當于我們修了一條路，數據就是在這條路上要運輸的貨物。問題在于，想運送的貨物很多，道路卻很窄。這樣一來，要么是將路修寬，要么是對貨物進行處理。我們做的工作就是把貨物壓得緊一點，這樣就能在有限的帶寬下，傳輸更多的東西。”

這次任務是李云松教授團隊處理數據類型最多的一次，有可見光的，有高光譜的，還有雷達的，且每種數據類型對壓縮的要求都不一樣。另外，這次火星探測任務一共是13個科學載荷，其中有5個載荷需要進行數據壓縮，李云松團隊參與了全部壓縮任務。

團隊在這巨大壓力下，憑著一腔熱情、一股干勁堅持了過來，最終圓滿完成了任務。

西電的前身是1931年誕生于江西瑞金的中央革命軍事委員會無線電學校，是毛澤東等老一輩革命家親手創建的我黨我軍第一所工程技術學校。學校1958年遷址陜西西安，1966年轉為地方建制，1988年定為現名。

西電是國內最早建立信息論、雷達、微波天線、電子機械、電子對抗等專業的高校之一，開辟了我國IT學科的先河。

在第四輪學科評估中，西電有3個學科獲評A類：電子科學與技術學科獲評A+，并列全國第1；信息與通信工程學科獲評A；計算機科學與技術學科獲評A-。學校的電子信息類學科繼續保持國內領先水平。

“石凳上的自習室”

2016年11月，張榮橋總師受邀出席母校西電建校85周年校慶月開幕式，在參觀“西軍電文庫”時，他看到了一張記錄“石凳上的自習室”的老照片，這勾起了他當年求學時的回憶。于是，他像當年一樣屈身蹲坐，與正在石凳上學習的青年們合影，并留下“留下足跡，展示輝煌”一語。

“校園一角，青青梧桐，兩排石凳間，青年學子們正全神貫注地研讀著手中的書籍。不同的是，他們均以石凳為桌、席地而坐。原來，學校圖書館常常‘人滿為患’，不少惜時如金的同學便選擇用校園內的石凳做書桌，分秒必爭地勤學苦讀。”

這便是西電“石凳上的自習室”。

有首打油詩詼諧幽默地描寫了西安幾所著名高校的特色： “西交（西安交通大學）的才子，西電的學子，西工大（西北工業大學）的包子……” 西電以學風嚴謹著稱于西安高校間。

而談到學習，西電學子常用“殘酷”兩個字來形容：自習教室里永遠坐滿了人，實驗室中的燈總是亮到深夜，圖書館的咖啡吧里也都有學生苦讀的身影。西電圖書館的老師說，不管是不是考試周，每天天還沒亮，學生就在圖書館門前排起了長隊。

正是這種學風，讓西電創造了以“院士校友多、將軍校友多、創新英雄多、航天總師多、所長總工多”為標志的“西電現象”。西電培養了以中國航天科技集團公司科技委主任包為民、嫦娥五號總設計師楊孟飛、空間站系統總設計師楊宏、“天問一號”總設計師張榮橋為代表的一大批杰出人才。這些人才積極響應黨的號召，投身到祖國最需要的地方，默默拼搏耕耘、建功立業，做祖國最堅定的守護者。

青島科技大學“探火”星途 青島護航

青島科技大學作為山東省唯一參與我國火星探測任務的單位，為“天問一號”探測器精準、安全著陸提供了技術護航。探測器著陸階段是整個火星探測任務中最為關鍵的階段之一，直接決定了探測任務的成功與否。

利用地表圖像進行特征提取跟蹤

火星探測器著陸過程中，大氣環境十分復雜，動力學環境也存在不確知等情況，因此進行實時高精度導航極為困難。另外，火星與地球距離遙遠，探測器與地球之間的通信存在至少10分鐘的時間差。這意味著，火星探測器著陸時可能與地球“失聯”，而探測器一旦失去控制就將撞毀在火星表面。這就要求探測器在著陸階段必須具有自主導航、控制和障礙規避的能力。

“利用地表圖像進行特征提取跟蹤，并進行自主導航是完成火星自主、精確、安全著陸任務要解決的關鍵技術問題。” 青島科技大學自主導航與智能控制研究所副所長、火星探測器精準著陸自主導航技術研究基礎的主體項目負責人邵巍說。在邵巍團隊研究理論的支撐下，火星探測器利用光學相機獲取火星表面圖像，精準提取隕石坑、陡坡、溝壑等星表特征作為導航路標，并自主分析星表特征與導航信息，調整速度、姿態、位置等，從而實現精準著陸。事實證明，邵巍團隊提供的“青科大方案”很成功。

青島科技大學四方校區

青島科技大學，簡稱“青科大”，其前身是創建于1950年的沈陽輕工業高級職業學校。學校1956年遷至青島，更名為青島橡膠工業學校；1958年升格為山東化工學院；1984年、2002年先后更名為青島化工學院和青島科技大學。

目前，青科大是一所以工為主，理、工、文、經、管、醫、法、藝、教等學科協調發展的多科性大學。學校是國家“111計劃”立項建設單位、山東省“強特色”高水平大學，被教育部評估為“本科教學工作水平評估優秀高校”“全國畢業生就業創業雙50強高校”，被社會贊譽為“中國橡膠工業的黃埔”。

邁出深空探測領域的第一步

青科大涉足深空探測領域是在2003年。2003年，剛作為引進人才來到青科大的于鐳，決定在青科大組建團隊，參與到國家“863”計劃項目的子課題中。于是，青島科技大學自主導航與智能控制研究所便誕生了。初生的研究所就“藏”在青島科技大學四方校區東北角偏僻的印刷廠小樓里面。順著暴露在樓體外面的樓梯走上去，二層的四五間簡陋小屋就是他們的全部實驗室。

“青科大人此前從未涉足深空探測領域，他們能行嗎？”

面對他人的質疑，團隊成員不約而同地選擇了用實力說話。剛組建時，團隊兩手空空，要啥沒啥，團隊的研究生們對深空探測領域更是一無所知。老師就自己動手編程序、調試好，再手把手地教給學生。經過6年的積累，研究生們才逐漸有了一定的科研基礎。

每天清晨，團隊成員鉆進計算機房里就開始緊張地工作，要使用各種仿真軟件模擬探測器在太空中進行的各種動作，要規劃探測器的飛行軌跡和著陸方案，要思考每個階段分別需要控制和規避哪些因素……那上萬行密密麻麻的代碼、那試驗過的數百種方案，是他們為攻堅克難不懈努力的最好見證。

編程工作講究思路的流暢，因此進入狀態之后，團隊成員經常在電腦前一坐就是一整天，顧不上喝水、吃飯。早上8點坐下編程，等到起身休息時可能已經晚上10點了。作為負責人的邵巍，恨不得將一天24小時都用在工作上。長年累月的高強度工作，頸椎病、腰椎病等也接連找上門來。但提起這些年來吃過的苦，邵巍卻毫不在意，他說：“深空探測自主導航需要一點點地做，研究過程有突破，就會很有成就感，這激勵著我們繼續做下去。”

憑著這種忘我的工作精神，團隊成員最終成功攻克了一個又一個難關。

我國準備在2025年前后實施近地小行星取樣返回和主帶彗星環繞探測任務，實現近地小行星的繞飛探測、附著和取樣返回。青科大也承擔了國家重點研發項目的子課題。目前，青科大已經和我國相關的深空探測單位進行了對接，一些仿真驗證的程序也已經搭建起來，將繼續為我國的深空探測事業做出應有的貢獻。

香港理工大學

助力“天問” 探夢蒼穹

香港理工大學的“火星相機”搭載于“天問一號”著陸器外層平臺上，以監視“天問一號”著陸情況、火星的周遭環境，以及“天問一號”降落火星后巡視器“祝融”的操作狀態，包括太陽翼的打開及天線狀況。這些信息對掌握巡視器能否在火星表面成功巡視至關重要。

“香港的榮幸，也是我們的榮幸”

“火星相機”由香港理工大學（簡稱“理大”）鐘士元爵士精密工程教授、深空探測研究中心主任兼精密工程講座教授容啟亮率領約20名理大研究人員共同研發。為應對“火星相機”的各種技術難題及緊湊的研制日程，他們研發出一套創新的“一體化的熱流防護設計、測試及質量控制方案”。

雖然容啟亮教授在研發精密太空儀器方面經驗豐富，但在這次研發的過程中他仍然遇到了不少挑戰。他說：“為了拍攝超廣闊的圖像及影片作科學研究之用，‘火星相機’須輕巧并具備廣角拍攝及可控的影像變形，同時要在有限的重量內抵受極大的沖擊力。此外，‘火星相機’須在長時間的太空旅程中克服極端溫差、輻射、機械振動等困難，最后還要保持十分高的穩定性。”有賴于整個團隊的不懈努力及理大的支持，不到3年時間，這支團隊就成功研制并交付了“火星相機”，且通過了多項相關的太空驗證。

對于能參加中國首次火星探測任務，理大校長滕錦光教授表示：“我們非常榮幸能參與并為國家這次歷史性的火星探測任務做出貢獻。這次‘火星相機’的研發及交付，再次證明了理大科研團隊具備卓越的創造力、實力及信譽。理大是香港唯一擁有航天任務實戰經驗的高等院校，我們期盼將來能進一步發揮理大的專長，為國家其他深空探索項目做出貢獻。”容啟亮教授也說：“能夠被國家選中參與深空探測工程，是香港的榮幸，也是我們的榮幸。”

理大是一所位于中華人民共和國香港特別行政區的公立綜合性研究型大學。學校是京港大學聯盟、滬港大學聯盟、粵港澳高校聯盟、蘇港澳高校合作聯盟、中歐商校聯盟、中俄工科大學聯盟、新工科教育國際聯盟、絲綢之路大學聯盟、全球能源互聯網大學聯盟成員，其工商管理學院是同時具有AACSB（國際商學院協會）、EQUIS（歐洲管理發展基金會）雙重認證的商學院。

理大的前身可追溯至成立于1937年的香港官立高級工業學院；1947年更名為香港工業專門學院；1972年成立香港理工學院；1994年，香港法例《香港理工大學條例》正式生效，學校更名為香港理工大學。2020年3月5日，香港理工大學（佛山）項目列入廣東省重點建設前期預備項目計劃。

“一國兩制”下發揮技術優勢

理大充分發揮人才優勢與國際太空任務實戰經驗，積極參與不同的太空探索項目，如為歐洲航天局“火星快車”研發了“巖芯取樣器”，為俄羅斯和平號空間站研制了“太空鉗”等。

多年來，容啟亮教授及其團隊也與中國空間技術研究院專家攜手研制出多項太空儀器，包括應用于2013年嫦娥三號及2019年嫦娥四號月背探測任務的“相機指向機構系統”，以及應用于2020年嫦娥五號的“表取采樣執行裝置”等。

參與國家重大科研計劃，香港科研有了更加廣闊的用武之地，科技水平持續提升。在“一國兩制”之下，香港科技界正充分發揮技術優勢，積極主動地融入國家科技發展大局之中。

“從過去參加月球（探測）任務，到現在參加火星（探測）任務，我們得益很多。”理大常務及學務副校長衛炳江表示，香港科技界在“一國兩制”下得益很多，如果沒有“一國兩制”，理大和香港其他高校就沒有機會參與國家級的重點項目。

根據公開的資料統計，全國至少有12所大學參與到“天問一號”整個項目中，并做出了非凡的貢獻。這12所大學分別是南京航空航天大學、中國科學技術大學、西安交通大學、哈爾濱工業大學、北京航空航天大學、北京理工大學、天津大學、西安電子科技大學、北京科技大學、青島科技大學、遼寧科技大學和香港理工大學。