“地月合影”惊艳亮相 火星环绕器还有哪些独特本领

2020年7月27日，天问一号探测器在飞离地球约120万公里处，利用光学导航敏感器拍摄的黑白地月合影。左侧为地球。（国家航天局供图）

7月27日，天问一号火星探测器通过其上的光学导航敏感器，在距离地球家园120万公里处回望，拍下了地月合影的珍贵一幕。在这幅黑白合影图像中，地球与月球一大一小，均呈新月状，在茫茫宇宙中交相辉映。

“天问一号”火星探测器系统由环绕器和着陆巡视器组成。随着地月合影的惊艳亮相，集诸多本领于一身的火星环绕器也率先进入公众视野。它有哪些独特之处？又将带着怎样的使命飞向火星？

“天问一号”火星探测器模拟图，由环绕器和着陆巡视器组成（探测器抓总研制单位航天科技集团五院提供）

环绕器将经历三次“变身”

此次火星探测任务，分为“绕、着、巡”三步走。记者从负责火星环绕器总装、集成和试验任务的中国航天科技集团所属上海航天八院812所获悉，在这三个过程中，环绕器将经历三次“变身”。

约七个月的飞行过程中，环绕器首先作为飞行器，将着陆巡视器送至火星着陆轨道；待成功释放着陆巡视器后，环绕器作为通信器，为着陆器建立与地球之间中继通信链路；通信工作结束后，环绕器作为科学探测器对火星进行遥感探测。

飞行时间长，面临环境差，控制要求高，空间动作繁，这是属于环绕器的四大“特点”，不仅任务繁重，其难度也是空前。

“天问一号”火星探测器建立对地姿态模拟图（探测器抓总研制单位航天科技集团五院提供）

光学导航：它有一双明亮眼睛

刚刚“出炉”的地月成像,由环绕器上的光学导航敏感器自主曝光拍摄完成。

据了解，光学导航敏感器可以在飞近火星的过程中通过对火星成像，利用火星图像计算火星的形心位置和视半径大小，结合估计算法获取探测器相对于火星的实时位置和速度信息。

“光学导航敏感器就好比探测器的‘眼睛’。”八院控制所光学导航专家打了个比方，“有了这双明亮的‘眼睛’，探测器也就有了自主能力，可以自己看着飞向目的地了。”

据介绍，这是支撑我国未来进一步走向宇宙更远空间的重要技术之一。与传统的无线电导航不同，光学自主导航可以通过图像目标识别和特征提取，完成位置、速度等导航信息的获取。

也就是说，这一“千里眼”，最远可以在1000万公里的距离识别火星，还能自主适应火星从点目标到面目标、从弱目标到强目标的火星图像提取，从而实现即使没有外部导航信息，也能够在深空飞行中自主找到前进的道路。

“天问一号”火星探测器天线、太阳翼展开模拟图（探测器抓总研制单位航天科技集团五院提供）

天线展开：精雕细刻的“敏感神经”

发射当日，“长征五号”火箭升空后的第37分钟，便迎来了星箭分离的重要时刻。此时，火星环绕器的太阳翼和各类天线便逐步启动展开模式。

“火星环绕器共有7个种类12个活动部件。”火星环绕器主任工艺师张则梅介绍，这12套机构的各式花样展开，完全由八院812所首次独立承担。

火星环绕器活动机构和天线展开不仅多，而且都很长。最长的高增益定向天线长达2.5米，安装时需要折叠六次，这也成为环绕器总装过程中最难啃的一块骨头。

火星环绕器总装主岗王利民告诉记者，在初样阶段，试验过程中发现了天线展开后无法正常合拢的问题，主要原因是精度不够。总装团队立即行动，再次复核数据、优化软件算法，量身定制工装，从早到晚忙碌不停，终于解决了这个难题，大家紧锁的眉头再次展开。经过初正样多次装配验证，平衡精度达到了万分之五。

型号调度王克寒说，环绕器的天线长，为保护其在展开后不受损坏，在天线安装过程中，操作人员从不停歇，一站就是一整天，甚至通宵达旦。在他们的细心呵护下，火星环绕器也从一个个零部件逐步成长为“国之重器”。

“天问一号”火星探测器研制现场（探测器抓总研制单位航天科技集团五院提供）

层层“外衣”：冰火两重天的考验

记者了解到，“天问一号”从地球飞往火星需要7个月的时间，加上停泊火星轨道的3个月，在火星车开始工作之前，火星环绕器需要独自工作10个月。

在如此长的时间里，它将经历一系列太空中极端环境的考验。为了确保火星环绕器在低温下正常工作，对它的“着装”要求非常严格。

负责卫星热控实施的工艺师蒋谌立告诉记者，低温下穿的“衣服”被称为热控隔热组件，业内称低温多层，均采用自动缝纫机床及裁割机完成。火星环绕器由于其舱体结构大，它的“衣服”面积达到了30平方米，是一般卫星的2倍。

“天问一号”不仅要面对低温考验，还要经得住高温。火星环绕器使用的是目前国内最大的SAST9000平台，安装了3000N的大推力发动机，发动机工作时温度可达上千摄氏度。这对发动机附近的温度防护提出了很高的要求。

“中高温多层使用的是不锈钢箔及铝箔，边缘锋利，加工及安装难度非常大，极易割伤操作人员。”蒋谌立介绍说，为了保证操作安全，安装前，操作人员需穿戴防护服、防割手套和护目镜，先在多层标注安装孔位置进行预装，逐个打好孔后再用不锈钢丝穿套安装。

在他看来，操作人员宛如工艺大师在精心雕琢着“艺术品”，每一个角度、每一个缝隙都分毫不差。

“天问一号”火星探测器研制现场（探测器抓总研制单位航天科技集团五院提供）

仿真模拟：千百次的锤炼

每一个航天器在诞生前，可以说都是经历过“千锤百炼”的，也就是说，在正式“飞天”之前，必须要经过无数次地面仿真模拟试验，提前反复验证，尽力确保万无一失。

据812所试验中心副主任张利介绍，火星环绕器很重也很“胖”，测点、通道、工况多，试验时间跨度长，与振动台连接状态需按要求不断调整，仅初样期间的一次振动测试，其加速度和应变测量通道就高达372个。

尤其在试验过程中工况切换时，产品外观、紧固件、试验设备、试验数据、试验结果都要进行检查确认。“为了确保试验成功，试验人员在试验前、试验中、试验后都严格检查产品状态，质量控制、安全控制一个环节也不能少。” 张利说。

在一代代中国航天人的努力下，5500万公里外的火星终于不再遥不可及。而“天问一号”所走的路，也将注定是一段不同寻常的旅程，见证着中国航天一步一个脚印，想着梦想迈进。