信標(biāo)、“戰(zhàn)衣”、“慧眼”，媒體解讀“天問(wèn)一號(hào)”中科院元素

中國(guó)科學(xué)報(bào)7月29日消息，7月23日，中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)，長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射火星探測(cè)器“天問(wèn)一號(hào)”，一場(chǎng)滿載中國(guó)人期待的火星之旅就此展開(kāi)。
火星探測(cè)項(xiàng)目是我國(guó)繼載人航天工程、探月工程之后又一重大空間探索項(xiàng)目，也是我國(guó)首次地外行星空間環(huán)境探測(cè)。其中，中國(guó)科學(xué)院研究人員承擔(dān)了部分攻關(guān)工作。
      打造精準(zhǔn)可靠的信標(biāo)
      相比月球探測(cè)，火星探測(cè)任務(wù)更像是“長(zhǎng)跑”?；鹦蔷嚯x地球的最遠(yuǎn)距離為4億公里，是地月距離的1000倍，更遠(yuǎn)的距離對(duì)探測(cè)技術(shù)提出了更高的要求。
      在火星探測(cè)過(guò)程中，甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)（VLBI）發(fā)揮著重要作用。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，VLBI就是把幾個(gè)小望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合起來(lái)，達(dá)到一架超大望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)效果，保證足夠高的分辨率，滿足各飛行段的測(cè)量和軌道計(jì)算等任務(wù)的需要。
      中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱上海天文臺(tái)）研究員劉慶會(huì)介紹，VLBI對(duì)與視線垂直方向上的探測(cè)器的位置變化有很高靈敏度，特別是在地火轉(zhuǎn)移段、近火制動(dòng)段等測(cè)定軌難度較大的測(cè)控弧段的優(yōu)勢(shì)明顯。但遠(yuǎn)距離也意味著信號(hào)傳輸時(shí)間更長(zhǎng)，信號(hào)的衰減愈發(fā)劇烈。VLBI時(shí)延測(cè)量精度的提高是火星探測(cè)器測(cè)定軌精度提高的關(guān)鍵。
      上海天文臺(tái)迎難而上，承擔(dān)了VLBI測(cè)軌分系統(tǒng)研發(fā)任務(wù)。為了提高VLBI測(cè)定軌的精度，研究人員研發(fā)了數(shù)十臺(tái)（套）軟件和硬件，分別布置于全國(guó)4個(gè)測(cè)站和VLBI中心。上海天文臺(tái)研究員洪曉瑜表示，這些軟件和硬件的研發(fā)，能夠進(jìn)一步提高觀測(cè)裝置的測(cè)量精度和可靠性、大氣和電離層時(shí)延的改正精度，更好地完成火星探測(cè)器的VLBI測(cè)定軌任務(wù)。
      作為“天問(wèn)一號(hào)”的信標(biāo)，VLBI測(cè)軌分系統(tǒng)的測(cè)角精度可以達(dá)到百分之幾角秒甚至更高，實(shí)時(shí)任務(wù)將持續(xù)到2021年。
      做套能調(diào)溫度的“戰(zhàn)衣”
      航天器在太空的作業(yè)環(huán)境非常極端。航天器進(jìn)入軌道后，處于地球大氣層以外的超高真 空空間環(huán)境，朝向太陽(yáng)的表面溫度非常熱，背向太陽(yáng)的表面則非常冷。如果表面溫度超過(guò)合適的使用范圍，航天器搭載的儀器設(shè)備容易損壞，或者直接停止工作，所以衛(wèi)星的熱控制非常必要。
      研究人員常通過(guò)在航天器外表面使用具有不同太陽(yáng)能吸收率和熱輻射率的涂層來(lái)調(diào)節(jié)其熱平衡溫度，有機(jī)熱控涂層就像能調(diào)控溫度的衣服穿在航天器和儀器的外表面。該熱控涂層就是由中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱上海有機(jī)所）研制和生產(chǎn)的。
      自20世紀(jì)60年代以來(lái)，上海有機(jī)所有機(jī)熱控涂層研制組為我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”的研制應(yīng)運(yùn)而生。幾十年來(lái)，幾代科研人員克服了技術(shù)和裝備上的大量困難，研制出幾十種不同用途的有機(jī)熱控涂層。上海有機(jī)所的相關(guān)研究人員介紹，目前，黑色有機(jī)熱控涂層系列、白色有機(jī)熱控涂層系列和其他顏色有機(jī)熱控涂層系列產(chǎn)品，已應(yīng)用于嫦娥系列衛(wèi)星等各類衛(wèi)星和航天器上。
      此次，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所也承擔(dān)了耐高溫多層隔熱材料、導(dǎo)電型低吸輻比柔性薄膜二次表面鏡、防靜電低吸輻比柔性薄膜二次表面鏡等關(guān)鍵材料的研制工作，并為火星用關(guān)鍵材料開(kāi)展了空間環(huán)境適應(yīng)性（真空—紫外輻照）考核試驗(yàn)，確保了關(guān)鍵材料在型號(hào)上的可靠應(yīng)用。
      為探測(cè)儀裝上“慧眼”
      火星表面溫差較大，火星表面成分探測(cè)儀需滿足比較苛刻的存儲(chǔ)溫度和工作溫度條件。中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理所（以下簡(jiǎn)稱上海技物所）與中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所（以下簡(jiǎn)稱上海光機(jī)所）通力合作，負(fù)責(zé)火星表面成分探測(cè)儀等的研制工作。
     “高能、高光束質(zhì)量脈沖激光器是火星表面成分探測(cè)儀的關(guān)鍵組件。但此前國(guó)際上并沒(méi)有類似激光器的在軌報(bào)道?！鄙虾９鈾C(jī)所研究員侯霞告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，為此上海光機(jī)所研制出低溫敏、高光束質(zhì)量全固態(tài)脈沖激光器。該激光器是國(guó)際上輸出能量最高、工作溫度范圍最寬的火星探測(cè)激光器。經(jīng)各項(xiàng)測(cè)試，激光器的技術(shù)指標(biāo)滿足火星巖石成分探測(cè)需求。
      上海技物所負(fù)責(zé)研制火星表面成分探測(cè)儀和火星礦物光譜分析儀兩臺(tái)有效載荷，分別在著陸巡視和火星環(huán)繞兩個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)火星表面元素與礦物成分開(kāi)展科學(xué)探測(cè)，意在為“天問(wèn)一號(hào)”打造一雙礦物成分分析的“慧眼”。
      上海技物所副所長(zhǎng)舒嶸介紹，兩個(gè)有效載荷雖然原理不同，但科學(xué)目標(biāo)一致，都是對(duì)火星表面礦物進(jìn)行成分分析。后續(xù)，礦物光譜分析儀與表面成分探測(cè)儀還有望開(kāi)展天地協(xié)同實(shí)驗(yàn)。
      值得一提的是，火星礦物光譜分析儀突破了紅外背景抑制、高效分光組件、器上組合定標(biāo)等關(guān)鍵技術(shù)，集輕小型、低功耗、高性能于一身。上海技物所研究員何志平介紹說(shuō)，通過(guò)對(duì)火星礦物的精密分析，可以初步了解火星的礦物資源分布及其演化過(guò)程，有助于預(yù)測(cè)地球演化進(jìn)程。
      探測(cè)雷達(dá)“透視”火星
     “天問(wèn)一號(hào)”還搭載了由中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（以下簡(jiǎn)稱空天院）研制的火星車次表層探測(cè)雷達(dá)。
       這是國(guó)際上首次使用雙通道多極化超寬帶次表層探測(cè)雷達(dá)，對(duì)火星局部地區(qū)的土壤厚度和次表層巖石地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行就位巡視探測(cè)，將實(shí)現(xiàn)火星表面以下10米甚至100米深度的火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“透視”。
      空天院有強(qiáng)大的探地雷達(dá)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，系統(tǒng)地解決了超寬帶探地雷達(dá)技術(shù)方法和工程應(yīng)用難題，研制出系列化的探地雷達(dá)產(chǎn)品。
      火星車次表層探測(cè)雷達(dá)是一種基于火星車平臺(tái)的高分辨率次表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)雷達(dá)，是實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)工程科學(xué)探測(cè)任務(wù)的重要載荷之一。研究人員指出，火星車次表層探測(cè)雷達(dá)可以探測(cè)巡視區(qū)表面土壤厚度、冰層結(jié)構(gòu)，獲取火星地表和次表層超寬帶全極化回波數(shù)據(jù)；還可以探測(cè)巡視區(qū)次表層結(jié)構(gòu)，獲取次表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

　　轉(zhuǎn)自：中國(guó)科學(xué)報(bào)

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