上海
近日，一项关于火星地下液态水的重大发现再次引发全球关注：科学家通过雷达探测技术，首次在火星表面以下5.4至8公里处发现大量液态水存在。这一突破不仅颠覆了人类对火星的认知，也为未来载人登陆和资源利用提供了关键线索。而这项探索背后，离不开一项由中国自主研发的核心技术——“火星探测行星际飞行及环绕平台技术”。这项技术曾助力“天问一号”完成人类首次一次性实现“环绕、着陆、巡视”的壮举，并于2022年荣获上海市科技进步奖一等奖，成为我国深空探测的里程碑。
从“奔火”到“绕火”的技术挑战
火星与地球十分相似，是了解地球前世今生、开发地外生存空间的首选目标。但是，火星与地球之间的平均距离约2.25亿公里，最远可达4亿公里。在“天问一号”之前，国内外实施了近50次火星探测，成功率刚过半。2020年7月，“天问一号”探测器从地球出发，历经202天飞行抵达火星轨道。在这段堪称“星际马拉松”的旅程中，探测器克服了六项关键技术难题：器地通信时延长达20分钟以上、太阳辐射强度变化剧烈、火星捕获机会仅有一次、极端低温环境适应、通信中断时间长，以及缺乏一手火星环境数据。其中，火星捕获制动被公认为任务中风险最高、最关键的环节。
当探测器接近火星时，必须通过发动机点火减速，使其被火星引力捕获。这一步被形象地称为“踩刹车”——时机误差1秒、推力偏差1毫米，都可能导致探测器撞向火星或飞离轨道，因此，火星制动捕获机会只能是“唯一”，实施捕获动作的时间窗口极窄，可靠性要求100%。为了克服火星引力捕获时的巨大风险，团队设计了一种基于“开机时长”和“速度增量”的双关机策略，以精确控制发动机点火，保证探测器能够被火星引力成功捕获并进入环火轨道。2021年2月10日，“天问一号”环绕器成功完成火星捕获，成为我国首颗人造火星卫星。
4亿公里通信的极限挑战
信号衰减是深空通信的“头号敌人”。当探测器距离地球最远时，信号强度比月球探测任务弱百万倍。为解决这一难题，团队创新研发了超高灵敏度数字化应答机和2.5米大口径可驱动天线，使环绕器具备“听声辨位”的能力，能在嘈杂噪声中捕捉微弱信号。同时，通过多码率自适应信息处理技术，环绕器实现了1Mbps的数据传输速率，确保科学数据和工程指令的可靠传递。这一技术突破，让“天问一号”在4亿公里外的火星上空稳定运行，并为祝融号火星车提供中继通信支持。
极端环境，是深空探测的另一大挑战。火星探测器面临极端温差（-180℃至+100℃）、长期阴影区运行以及长达30天的“日凌”通信中断等挑战。为提升自主运行能力，团队又研制了小型化综合电子系统，集成遥测遥控、热控管理、配电控制等功能，并设计多模式信息自主处理方法。在“日凌”期间，环绕器能独立完成任务管理，自主调整姿态和能源分配，保障系统安全。这一“自主大脑”让探测器在无地面干预的情况下稳定运行超30天，创下我国深空探测器自主管理的新纪录。
从“绕火”到深空探测的基石
在“天问一号”之前，我国没有一手的火星探测数据，只能依靠国外。“天问一号”任务的成功实施，为我国科研工作者提供了大量科学数据，产出大量科研成果。为了这一任务，朱新波和团队付出了10年的心血：2010年开启背景任务论证，其间经历多轮次方案迭代；2014年正式启动方案攻关，他带领团队开展火星环绕器的研制工作，方案、初样、正样三个研制阶段持续了6年时间。
2020年7月，“天问一号”探测器在海南文昌卫星发射中心成功发射，标志着我国航天器实现了从地月系向行星际的跨越式发展。此次获奖的“行星际飞行及环绕平台技术”不仅攻克了火星探测的高精度轨道控制、环境自适应能力、多任务协同管理等关键难题，还为后续任务奠定了基础。当前，“天问一号”环绕器仍在火星轨道开展科学探测，已获取大量火星大气、地质和磁场数据。天问二号探测器也已顺利转入发射区，计划5月底择机发射，正如朱新波所说：“深空探测是系统工程，需要集智攻关。”
本文获得上海市2023年度“科技创新行动计划”科普专项项目（项目编号：23DZ2305100）的支持。
原标题：《火星探测再添新突破！4亿公里背后的“中国智慧”》
栏目编辑：郜阳 题图来源：新华社
来源：作者：新民晚报 马丹
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