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        2020年7月27日，天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器在飛離地球約120萬(wàn)公里處，利用光學(xué)導(dǎo)航敏感器拍攝的黑白地月合影。左側(cè)為地球。(國(guó)家航天局供圖)

        7月27日，天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器通過(guò)其上的光學(xué)導(dǎo)航敏感器，在距離地球家園120萬(wàn)公里處回望，拍下了地月合影的珍貴一幕。在這幅黑白合影圖像中，地球與月球一大一小，均呈新月狀，在茫茫宇宙中交相輝映。

        “天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器系統(tǒng)由環(huán)繞器和著陸巡視器組成。隨著地月合影的驚艷亮相，集諸多本領(lǐng)于一身的火星環(huán)繞器也率先進(jìn)入公眾視野。它有哪些獨(dú)特之處?又將帶著怎樣的使命飛向火星?

        “天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器模擬圖，由環(huán)繞器和著陸巡視器組成(探測(cè)器抓總研制單位航天科技集團(tuán)五院提供)

環(huán)繞器將經(jīng)歷三次“變身”

        此次火星探測(cè)任務(wù)，分為“繞、著、巡”三步走。記者從負(fù)責(zé)火星環(huán)繞器總裝、集成和試驗(yàn)任務(wù)的中國(guó)航天科技集團(tuán)所屬上海航天八院812所獲悉，在這三個(gè)過(guò)程中，環(huán)繞器將經(jīng)歷三次“變身”。

        約七個(gè)月的飛行過(guò)程中，環(huán)繞器首先作為飛行器，將著陸巡視器送至火星著陸軌道;待成功釋放著陸巡視器后，環(huán)繞器作為通信器，為著陸器建立與地球之間中繼通信鏈路;通信工作結(jié)束后，環(huán)繞器作為科學(xué)探測(cè)器對(duì)火星進(jìn)行遙感探測(cè)。

        飛行時(shí)間長(zhǎng)，面臨環(huán)境差，控制要求高，空間動(dòng)作繁，這是屬于環(huán)繞器的四大“特點(diǎn)”，不僅任務(wù)繁重，其難度也是空前。

        “天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器建立對(duì)地姿態(tài)模擬圖(探測(cè)器抓總研制單位航天科技集團(tuán)五院提供)

光學(xué)導(dǎo)航：它有一雙明亮眼睛

        剛剛“出爐”的地月成像,由環(huán)繞器上的光學(xué)導(dǎo)航敏感器自主曝光拍攝完成。

        據(jù)了解，光學(xué)導(dǎo)航敏感器可以在飛近火星的過(guò)程中通過(guò)對(duì)火星成像，利用火星圖像計(jì)算火星的形心位置和視半徑大小，結(jié)合估計(jì)算法獲取探測(cè)器相對(duì)于火星的實(shí)時(shí)位置和速度信息。

        “光學(xué)導(dǎo)航敏感器就好比探測(cè)器的‘眼睛’。”八院控制所光學(xué)導(dǎo)航專家打了個(gè)比方，“有了這雙明亮的‘眼睛’，探測(cè)器也就有了自主能力，可以自己看著飛向目的地了。”

        據(jù)介紹，這是支撐我國(guó)未來(lái)進(jìn)一步走向宇宙更遠(yuǎn)空間的重要技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的無(wú)線電導(dǎo)航不同，光學(xué)自主導(dǎo)航可以通過(guò)圖像目標(biāo)識(shí)別和特征提取，完成位置、速度等導(dǎo)航信息的獲取。

        也就是說(shuō)，這一“千里眼”，最遠(yuǎn)可以在1000萬(wàn)公里的距離識(shí)別火星，還能自主適應(yīng)火星從點(diǎn)目標(biāo)到面目標(biāo)、從弱目標(biāo)到強(qiáng)目標(biāo)的火星圖像提取，從而實(shí)現(xiàn)即使沒有外部導(dǎo)航信息，也能夠在深空飛行中自主找到前進(jìn)的道路。

        “天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器天線、太陽(yáng)翼展開模擬圖(探測(cè)器抓總研制單位航天科技集團(tuán)五院提供)

天線展開：精雕細(xì)刻的“敏感神經(jīng)”

        發(fā)射當(dāng)日，“長(zhǎng)征五號(hào)”火箭升空后的第37分鐘，便迎來(lái)了星箭分離的重要時(shí)刻。此時(shí)，火星環(huán)繞器的太陽(yáng)翼和各類天線便逐步啟動(dòng)展開模式。

        “火星環(huán)繞器共有7個(gè)種類12個(gè)活動(dòng)部件。”火星環(huán)繞器主任工藝師張則梅介紹，這12套機(jī)構(gòu)的各式花樣展開，完全由八院812所首次獨(dú)立承擔(dān)。

        火星環(huán)繞器活動(dòng)機(jī)構(gòu)和天線展開不僅多，而且都很長(zhǎng)。最長(zhǎng)的高增益定向天線長(zhǎng)達(dá)2.5米，安裝時(shí)需要折疊六次，這也成為環(huán)繞器總裝過(guò)程中最難啃的一塊骨頭。

        火星環(huán)繞器總裝主崗?fù)趵窀嬖V記者，在初樣階段，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了天線展開后無(wú)法正常合攏的問(wèn)題，主要原因是精度不夠。總裝團(tuán)隊(duì)立即行動(dòng)，再次復(fù)核數(shù)據(jù)、優(yōu)化軟件算法，量身定制工裝，從早到晚忙碌不停，終于解決了這個(gè)難題，大家緊鎖的眉頭再次展開。經(jīng)過(guò)初正樣多次裝配驗(yàn)證，平衡精度達(dá)到了萬(wàn)分之五。

        型號(hào)調(diào)度王克寒說(shuō)，環(huán)繞器的天線長(zhǎng)，為保護(hù)其在展開后不受損壞，在天線安裝過(guò)程中，操作人員從不停歇，一站就是一整天，甚至通宵達(dá)旦。在他們的細(xì)心呵護(hù)下，火星環(huán)繞器也從一個(gè)個(gè)零部件逐步成長(zhǎng)為“國(guó)之重器”。

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        “天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器研制現(xiàn)場(chǎng)(探測(cè)器抓總研制單位航天科技集團(tuán)五院提供)

層層“外衣”：冰火兩重天的考驗(yàn)

        記者了解到，“天問(wèn)一號(hào)”從地球飛往火星需要7個(gè)月的時(shí)間，加上停泊火星軌道的3個(gè)月，在火星車開始工作之前，火星環(huán)繞器需要獨(dú)自工作10個(gè)月。

        在如此長(zhǎng)的時(shí)間里，它將經(jīng)歷一系列太空中極端環(huán)境的考驗(yàn)。為了確保火星環(huán)繞器在低溫下正常工作，對(duì)它的“著裝”要求非常嚴(yán)格。

        負(fù)責(zé)衛(wèi)星熱控實(shí)施的工藝師蔣諶立告訴記者，低溫下穿的“衣服”被稱為熱控隔熱組件，業(yè)內(nèi)稱低溫多層，均采用自動(dòng)縫紉機(jī)床及裁割機(jī)完成。火星環(huán)繞器由于其艙體結(jié)構(gòu)大，它的“衣服”面積達(dá)到了30平方米，是一般衛(wèi)星的2倍。

        “天問(wèn)一號(hào)”不僅要面對(duì)低溫考驗(yàn)，還要經(jīng)得住高溫。火星環(huán)繞器使用的是目前國(guó)內(nèi)最大的SAST9000平臺(tái)，安裝了3000N的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)溫度可達(dá)上千攝氏度。這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)附近的溫度防護(hù)提出了很高的要求。

        “中高溫多層使用的是不銹鋼箔及鋁箔，邊緣鋒利，加工及安裝難度非常大，極易割傷操作人員。”蔣諶立介紹說(shuō)，為了保證操作安全，安裝前，操作人員需穿戴防護(hù)服、防割手套和護(hù)目鏡，先在多層標(biāo)注安裝孔位置進(jìn)行預(yù)裝，逐個(gè)打好孔后再用不銹鋼絲穿套安裝。

        在他看來(lái)，操作人員宛如工藝大師在精心雕琢著“藝術(shù)品”，每一個(gè)角度、每一個(gè)縫隙都分毫不差。

        “天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器研制現(xiàn)場(chǎng)(探測(cè)器抓總研制單位航天科技集團(tuán)五院提供)

仿真模擬：千百次的錘煉

        每一個(gè)航天器在誕生前，可以說(shuō)都是經(jīng)歷過(guò)“千錘百煉”的，也就是說(shuō)，在正式“飛天”之前，必須要經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次地面仿真模擬試驗(yàn)，提前反復(fù)驗(yàn)證，盡力確保萬(wàn)無(wú)一失。

        據(jù)812所試驗(yàn)中心副主任張利介紹，火星環(huán)繞器很重也很“胖”，測(cè)點(diǎn)、通道、工況多，試驗(yàn)時(shí)間跨度長(zhǎng)，與振動(dòng)臺(tái)連接狀態(tài)需按要求不斷調(diào)整，僅初樣期間的一次振動(dòng)測(cè)試，其加速度和應(yīng)變測(cè)量通道就高達(dá)372個(gè)。

        尤其在試驗(yàn)過(guò)程中工況切換時(shí)，產(chǎn)品外觀、緊固件、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)結(jié)果都要進(jìn)行檢查確認(rèn)。“為了確保試驗(yàn)成功，試驗(yàn)人員在試驗(yàn)前、試驗(yàn)中、試驗(yàn)后都嚴(yán)格檢查產(chǎn)品狀態(tài)，質(zhì)量控制、安全控制一個(gè)環(huán)節(jié)也不能少。” 張利說(shuō)。

        在一代代中國(guó)航天人的努力下，5500萬(wàn)公里外的火星終于不再遙不可及。而“天問(wèn)一號(hào)”所走的路，也將注定是一段不同尋常的旅程，見證著中國(guó)航天一步一個(gè)腳印，想著夢(mèng)想邁進(jìn)。

《電鰻快報(bào)》