“祝融”軋下中國印
——全方位圖文解讀中國首輛火星車
東經(jīng)109.9度，北緯25.1度。
在數(shù)字地圖上輸入這個坐標，位置很快鎖定到廣西桂林?！肮鹆稚剿滋煜隆?，古人心中最美的地方。而在3.2億公里外的紅色星球，這是“天問一號”著陸的坐標——烏托邦平原南部。
5月22日，著陸火星7天后，祝融號火星車從懸梯緩慢駛下，在這里軋下了第一道中國印。
同樣的坐標，與地球山美水美的景象大不相同，“祝融”在火星看到的是沙礫遍布、滿目荒涼，而這恰恰是“祝融”的使命。
火星車示意圖由航天科技集團五院提供
祝融號盡顯中國人的浪漫
地球與火星幾乎同時誕生，如今地球上充滿生機，火星卻近乎死去。人們把火星探測稱為探索“另一個地球的生與死”。據(jù)科學家推測，祝融號火星車降落的火星烏托邦平原曾是一片汪洋，探測這里有助于人類了解火星的演化，摸清火星上有無生命痕跡。
5月15日，著陸火星后，“祝融”沒有立即開工探測。它先把桅桿立起來，相機能用了，便有了眼睛，能分辨周邊的障礙；把太陽翼展開，盡可能多而快地獲取能源，因為能源是維系生命的養(yǎng)料；再把天線展開，建立通信鏈路后，第一時間給地球報了聲平安。
祝融號火星車像一只展翅的碩大蝴蝶。航天科技集團五院天問一號探測器副總設計師賈陽很喜歡這個外形，還特意從網(wǎng)上購買了一只相似度很高的藍色蝴蝶標本，擺在了辦公桌上。但最開始，火星車并沒有被設計成蝴蝶的模樣。
賈陽說，最初設計的火星車，太陽翼斜架在頂上，像一棟小房子，但這種設計對太陽翼強度要求太高，于是作罷。經(jīng)過幾次迭代，設計師不斷變換太陽翼的展開方式，最終想出了向斜后方展開太陽翼的方案。
設計師有意識地將探測設備放在前方，“蝴蝶”便有了“復眼”，兩根天線也放在前邊，“蝴蝶”便有了“觸角”。4片太陽翼展開后，火星車有了“翅膀”，恰似一只漂亮的藍色大蝴蝶。
浪漫的設計師還花了不少心思，將中國傳統(tǒng)文化附著在火星車上，帶上了紅色星球。最引人注目的是九疊篆的“火”字車標。
運往中國文昌航天發(fā)射場前，一次試驗結束后，設計師望著火星車空蕩蕩的桅桿，覺著少了點什么，于是決定仿照汽車，給火星車設計一個車標。車標是一個“火”字，源于800年前北方大金國的印章“恒術火倉之記”，出土于黑龍江省海林縣（現(xiàn)為海林市），以九疊篆的手法將字形抽象處理后，放在了火星車的桅桿上。
此去蓬萊三百日，冰輪如鏡火如螢。中國第一輛火星車，正是帶著中國人特有的浪漫，帶著古今人們對火星的好奇，踏上了這顆“熒熒火光，離離亂惑”的“熒惑星”。
“祝融”巡火闖三關
“祝融”在火星上走走停停，行進速度并不快，甚至比走路還慢，預計3天才走10米。它每走一步，都要傳圖像、探測、分析，再移動。在火晝時完成火面感知、探測、移動等工作，在火夜時進入待機狀態(tài)。賈陽介紹，火星車大概維持在三天一個周期的工作強度，設計壽命為3個火星月，相當于地球上的92天。
賈陽說，火星車走得慢，是因為我國對火星環(huán)境的認知有限，所以專門為火星車設計了相對保守的工作模式。他透露，任務后期視火星車的工作狀態(tài)，不排除會讓它“走得更快一點”。
祝融號火星車攜帶了多光譜相機、次表層探測雷達、火星表面成分探測儀、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀和地形相機共6臺科學載荷。要想帶著這些設備順利在火星巡視探測，在陌生的星球開疆拓土——關鍵這個陌生地帶還遍布風險，祝融號火星車要足夠強大。
據(jù)賈陽介紹，在火星巡視探測有“三難”。
一是遠，地火距離3.2億公里，信號來回一趟需要近40分鐘，這么遠的距離，地面沒法實時控制火星車；二是冷，火星夜晚會降到零下130攝氏度，火星上二氧化碳都冷凝成干冰遍布在隕石坑，對火星車生存構成巨大挑戰(zhàn)；三是塵，火星經(jīng)常刮起塵暴，歷史上蘇聯(lián)的“火星-3”剛著陸火星便在沙塵中殞命，同時，塵暴也會影響火星車電池發(fā)電，切斷能源供給。
困難沒有擋住中國探索火星的步伐，這些難題被火星車設計團隊一一攻克。
針對距離遙遠帶來的通信困難，設計師努力讓火星車“求己不求人”?；鹦擒囈坏┌l(fā)現(xiàn)問題，可在極短時間內自診并完成故障的自我修復。倘若遇到更大的困難，火星車可自主進入安全模式，再交給地面處理。
設計師們也將火星車稱為“火星移動智能體”?！案渌鹦擒囅啾龋覈幕鹦擒囎灾髂芰τ辛司薮蟮奶嵘??！辟Z陽表示，假如火星車在火星巡視探測時出現(xiàn)故障，它的首選求助對象不是相隔遙遠的地球人，而是它自己。
火星表面巖石分布密度大約是月球表面的2倍，但由于侵蝕導致表層土壤堅硬、里層土壤松軟，美國的“勇氣號”“機遇號”都曾因此下陷，對此，研制團隊為火星車設計了主動懸架功能。
它像越野車一樣可以升降底盤，但是功能更加強大。“祝融”車體可以在0～600毫米的高度區(qū)間內自主升降，這在全世界所有的火星車中是獨一份。五院天問一號探測器火星車總體主任設計師陳百超介紹，配備主動懸架的火星車，具有蠕動、抬輪、車體升降等多種運動模式，不再擔心車輪下陷，甚至單個車輪發(fā)生故障也不會喪失移動能力。
針對“冷”的難題，設計團隊給火星車做足了保溫?；鹦擒嚤砻驿佋O了大面積的納米氣凝膠板，這種新型材料保溫性能極佳，可確?；鹦擒囋诹阆?30攝氏度的環(huán)境正常工作，同時這種材料輕到可放置在花朵上方而不損傷花瓣，因此不會給火星車帶來負擔。
除了保溫，火星車還要“聚能”。為了高效率收集太陽能量，火星車設計了兩個像望遠鏡一樣的窗口，盡可能地將陽光的能量吸收到車的內部。此外，蝶翼樣的太陽能電池板，是針對火星專門定制，能適應火星上的光譜，達到極高的轉化效率，幫火星車荒野求生。
最難以捉摸的是塵暴?；鹦潜砻鏁纹鸫箫L，并伴有沙塵。倘若沙塵覆蓋火星車，將影響火星車的能源獲取、熱量傳導，讓“關節(jié)”不再靈活，讓光學載荷“蒙塵”。此前，美國機遇號和勇氣號都曾因太陽能板被沙塵覆蓋而失去動力。
為解決塵暴問題，設計師想了多種辦法。最先想到的是吹氣，將掉落的灰塵吹走；或者給火星車貼膜，這些膜可以卷起，從而將灰塵掀掉。綜合評估后，設計師從另外角度切入——在材料上做文章。他們在火星車上使用了一種新材料，這種材料的表面不易沾染灰塵，即便沾上了灰塵，也可通過振動將其抖落。
賈陽介紹，我國祝融號火星車太陽能板采用表面工程技術除塵法，這個技術的關鍵是超疏基結構，身邊的汽車防塵玻璃、防塵貼膜等都是這個原理——類似下雨時荷葉上的水珠，遇風可以很容易滾落。
在火星上，祝融號火星車可根據(jù)沙塵天氣的輕重程度自主轉入最小工作模式、休眠模式或喚醒模式。這樣，我國首輛火星車便具備了一定的沙塵暴防御能力。
“祝融”一小步，“天問”一大步
人類曾47次探訪火星，21次嘗試著陸火星，成功的僅有10次。當前尚能在紅色星球表面行走的火星車有3輛，分別是2012年登陸的美國好奇號、今年登陸的美國“毅力號”和中國“祝融號”。
“祝融”在火星駛出的一小步，是持續(xù)300多天的天問一號任務的一大步。因為按照規(guī)劃，天問一號任務計劃通過一次發(fā)射，完成“繞、著、巡”三個目標?，F(xiàn)在，“祝融”實現(xiàn)了最后一步——火星巡視探測。天問一號任務完美取得了預定的工程成果。
天問一號任務是在探月工程的基礎上起步的，從立項到研制經(jīng)歷了一段艱辛的歷程，整個過程異常緊張。從2010年開始啟動第一輪論證到探測器發(fā)射，經(jīng)歷了10年時間。其中，在不到4年的時間里，探測器完成研制、驗證、出廠，創(chuàng)造了中國航天同類型號的研制紀錄。
“人民科學家”葉培建院士曾對整個火星探測器研制團隊給予高度評價：“我們起步晚了，但三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(chǎn)品出廠這么快，是你們的光榮和自豪，更要珍惜這次機會?！?/p>
勝利的欣喜之外，天問一號探測器研制團隊非常客觀地看待這次成功。五院天問一號探測器進入艙總體主任設計師董捷曾登上青年演說家舞臺，談及中美火星探測技術對比，他說了8個字：正視差距，自主創(chuàng)新。
董捷舉例，我國也曾開展搭載火星飛機的方案論證。團隊聯(lián)合國內有實力的高校開展了對各種機型（包括固定翼、旋翼）的分析，最后得到的結論是由于火星大氣密度過低，基于現(xiàn)有的國內技術水平，采用旋翼難以實現(xiàn)在火星表面起飛，其他翼型也存在種種不足?！翱吹絼e人的成功，我們清醒地認識到技術上存在的差距，更激發(fā)了我們不斷前進、自主創(chuàng)新的動力。”董捷說。
可以說，中國火星探測秉承了中國航天“仰望星空、腳踏實地”的一貫作風。
葉培建曾說，航天事業(yè)需要我們做一些“冒險的事”，去開拓、去創(chuàng)新。當前，我國已形成深空探測的未來任務規(guī)劃，小天體探測、火星取樣返回、木星及更遠行星探測論證正在按計劃逐步推進。中國航天的未來是星辰大海，值得我們去冒險。中國人丈量太空的腳步會比3.2億公里更遠。
