給天問一號造“眼睛”,讓航天器度過火星着陸“黑色九分鐘”

火星,你好
➤這個敏感器就像一雙眼睛,既能為天問一號提供“避坑指南”,確保其平穩落地不“翻車”,又能擔當“泊位助手”,能&&陸火星的天問一號找到最佳“停車場”
➤“眼睛”發揮作用的時間只有短短幾分鐘,研製時間卻長達六年之久
➤把個人理想追求融入國家的航天事業,朱飛虎説:“某種程度上,感覺自己與國家命運連接在了一起。”
➤征途漫漫,“眼睛”會幫助我們抵達更遙遠的星球,看到更廣闊的星辰大海
文 |《瞭望》新聞周刊記者 常清潭 實習生 徐英傑 王婷 曾令令
在太陽系裏,有一顆紅色星球。古人稱其為“熒惑”,寓意“熒熒之光,令人迷惑。”
它就是火星。
火星,有“航天器的墓地”之稱。從1960年到現在,人類開展火星探測活動40多次,成功率不到50%。
2021年5月15日,中國首款自主研發火星探測器天問一號,在飛行近10個月後成功完成火星軟着陸。在世界航天史上,這是首次實現通過一次任務完成火星環繞、着陸和巡視三大目標。
來自北京控制工程研究所的朱飛虎,是天問一號火星着陸多功能避障敏感器的主任設計師。
多功能避障敏感器就像一雙眼睛,既能為天問一號提供“避坑指南”,確保其平穩落地不“翻車”,又能擔當“泊位助手”,幫天問一號在火星上找到最佳“停車場”。
九分鐘
四億公里,是火星到地球的距離。
九分鐘,是探測器從進入火星大氣到着陸所需的時間。
這九分鐘,是“黑色”的。
火星大氣稀薄且不穩定,地表坑坑洼洼,不時還會出現沙塵暴天氣。許多探測器還未着陸就已經“斷腿斷腳”,直接夭折。在這期間,科研人員無法進行地面干預,只能依靠探測器進行自主控制,精準無誤地完成多個複雜工作。差一秒,發射任務都有可能失敗。
這九分鐘,決定了探測器的“生死”。
為保證天問一號不“翻車”,朱飛虎和同事們為它裝上一雙特殊的“眼睛”——火星着陸多功能避障敏感器。
“對天問一號而言,這雙‘眼睛’是用來保命的。”朱飛虎介紹説,着陸火星前,探測器的速度減小到一定程度後,“頭頂”的降落傘和背罩完成了使命,將脫離探測器。“‘眼睛’的功能是將降落傘和背罩導航到不同的落點,避免出現‘大型車禍現場’。”
“着陸前三分鐘,‘眼睛’啟動挑選‘泊車位’功能,看清哪有‘絆腳石’和大坑,通過識別太陽光在地表上的陰影尋找平坦的‘停車場’。”他説。
當距離火星表面100米時,探測器會及時“剎車”,懸停在空中。“眼睛”開始仔細掃描腳下的土地,精準躲開小於20厘米的小型岩石和隕石坑。
2021年5月15日,天問一號平穩降落在火星東南部的烏托邦平原上。北京航天飛行控制中心指揮大廳的紅色屏幕上,亮起“熱烈祝賀中國首次火星探測天問一號任務着陸火星圓滿成功”字樣的電子橫幅。
“大家高喊‘火星,你好’,就像經歷了大考的學生一樣盡情狂歡。”朱飛虎説。
六年
“眼睛”發揮作用的時間只有短短幾分鐘,朱飛虎帶領團隊的“備考”之路卻長達六年。
“遇到過數不清的挑戰。”朱飛虎説,“為了不斷提高‘眼睛’的精確度,我們進行了大大小小上千次試驗。”
位於河北懷來、敦煌等地模擬火星地表建設的試驗場,見證了這雙“眼睛”的誕生。“我們用石頭和凹坑做了很多工況,檢驗‘眼睛’能否適應不同的地形條件。”朱飛虎説。
除了“眼睛”研發的壓力,還有一種壓力是參與火星探測工程的所有工作人員都有的。
火星探測窗口期兩年多才會出現一次,十分寶貴。中國和阿聯酋、美國均將發射任務定在了2020年7月中下旬。
一次性實現火星環繞、着陸和巡視三大任務,“壓力倍增,也在無形中督促我們把任務完成得更好。”朱飛虎説。
天問一號在火星上首次留下中國人的印跡,標誌着中國邁出了星際探測征程的重要一步,實現了從地月繫到行星際的跨越。這充分展現了中國航天人的智慧,標誌着我國在行星探測領域跨入世界先進行列。
把個人理想追求融入國家的航天事業,朱飛虎説:“某種程度上,感覺自己與國家命運連接在了一起。”

天問一號“着巡合影”圖 國家航天局供圖
初心
對朱飛虎而言,走上航天科研道路,是好奇心和興趣使然。
童年時,朱飛虎就開始閱讀天文學書籍,再加上爸媽都是理工科背景出身的教師,從小就給他講天文學故事,航天的“種子”早已播撒在心間。
本碩博階段,他先後就讀於哈爾濱理工大學和清華大學,一直學習電子科學與技術專業。身邊陸續有同學換了“賽道”,轉行金融、互聯網等其他職業。朱飛虎卻未曾動搖過。
不忘初心,深耕光電導航領域,以所學參與國家重大工程建設,是他選定的努力方向。
多功能避障敏感器的研製成功,為深空探測後續着陸任務提供了重要技術支撐。“未來,在火星採樣返回、載人登月等任務中,‘眼睛’將繼續發揮作用。”朱飛虎説。
“天問一號的名字出自屈原的名篇《天問》。”在朱飛虎看來,這個名字寓意國人對星辰和萬物發問,也代表着中國取得深空探測任務成功的決心。
巡天探宇,我國的深空探測一直步履不停。
“深空探測是一場無止境的冒險。”朱飛虎説,“征途漫漫,這雙‘眼睛’會幫助我們抵達更遙遠的星球,看到更廣闊的星辰大海。”□