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探“火”之际话“萤火”

日期:2020-07-29 【 来源 : 万博体育网址周刊 】 阅读数:0
阅读提示:通过“萤火一号”研制的全过程,让航天人在探“火”领域进行了深入研究,掌握了原先未认识的研制途径,并初步建立了较为完备的远程测控体系。这些,均为这次“天问一号”探“火”打下了坚实基础。
撰稿|游本凤


  2020年7月23日, “天问一号”火星探测器从海南文昌发射场出发,飞向那颗最远距离地球4亿公里的红色星球——火星,就此迈开了中国探“火”的步伐。

  中国的火星探寻之旅,并非从“天问一号”才开始的。早在9年前的2011年,由上海航天人独立研制的“萤火一号”搭载“福布斯”火星探测器,乘坐俄罗斯“天顶号”火箭升空,由于俄罗斯火箭的上面级未完成点火变轨动作,导致此次发射失利。尽管“萤火一号”首战出师不利,但通过“萤火一号”研制的全过程,让航天人在探“火”领域进行了深入研究,掌握了原先未认识的研制途径,并初步建立了较为完备的远程测控体系。这些,均为这次“天问一号”探“火”打下了坚实基础。


小个子的作用不容小觑


  “萤火一号”之得名,听有关航天专家解释有两种说法:一是由于“萤火一号”体积较小,看上去有点小巧玲珑的感觉,在茫茫太空中就像一只小小的萤火虫,故将其命名为“萤火一号”;二是由于火星在古代被称为“萤惑”,所以取其谐音,命名为“萤火一号”。

  “萤火一号”在卫星家族中只能算小个子,它长75厘米、宽75厘米、高60厘米,体重仅110公斤。“萤火一号”体积虽小,但作用却不可小觑。因为其携带等离子探测包、掩星探测接收机、光学成像仪和磁强计等“利器”,肩负中国首次对地外行星空间环境进行探测的任务,当时还希望填补国际上火星电离层掩星探测的空白。回顾“萤火一号”的探测任务,主要有三项:一是探测火星的空间环境;二是探测火星表面水的消失机制;三是揭示类地行星空间环境演化特征。


攻克长火影技术难关


  在“萤火一号”奔赴火星的漫漫旅途中,最致命的是它将遭遇7次长火影,每一次的长火影其最低温度在零下200多摄氏度,最长持续时间为8.8小时,且全部处于黑夜状态。萤火一号上的能源主要依靠太阳能转换来获取能量,再利用自身携带的锂离子蓄电池保存能量。光照期间,星上太阳能帆板电池阵充分吸收能量发电,为星上设备供电,并对蓄电池充电。而在长火影期间,失去了光照,则利用蓄电池释放的电能来维持设备供电。

  这是因为在长火影期间太阳能帆板无法接收到阳光的缘故,为保持低功耗,星上各台单机不得不进入休眠状态。当长火影结束后,再通过遥控手段对各单机加热加电实施唤醒。

  据上海航天技术研究院509所研制人员介绍,根据“萤火一号”面临长期火星阴影环境的特点,他们对“萤火一号”的长火影热控设计及深冷试验验证进行了研究,给出了火星探测器长火影热控自主控制流程,以及各阶段热控方案。同时通过改造现有真空环境模拟器,完成了我国第一个实现全包络20K超低温背景模拟的真空热试验。长火影试验结果表明:“萤火一号”热控设计完全能满足度过长火影的低温环境要求,各单机在出火影后,均能被成功地唤醒,进入正常工作状态。

  为了攻克长火影技术难关,星上锂离子蓄电池要经受深冷低温考验,来验证其在超低温环境下的稳定性。于是他们将蓄电池放在超低温环境下做了许多次充放电试验。这是锂离子蓄电池技术在我国首次进行应用于深空探测活动的实验,并突破了高比能量、低剩磁、超低温工作、巡航段长时间待命等多项关键技术,为后续的深空探测活动积累了大量的数据和经验。

  另外,他们还搭建了一个模拟火星超低温(-260℃)黑暗严酷恶劣环境的空间,让火星探测器艰难地依靠自带电池在休眠状态下维持运作。虽然这一试验只有8.8小时,但在整个试验过程中,他们却像熬过了漫长的一个世纪。

  经过试验,“萤火一号”上的16台单机在超低温环境下均能被唤醒并正常工作,证明了卫星的设计方案正确,锂离子蓄电池质量过硬,经得起长火影恶劣环境的考验。像做这样的长火影试验,克服如此大温差的恶劣环境,在当时我国所有卫星研制过程中从未有过,也为如今“天问一号”的问世做出了贡献。


探“火”之路必须自己走


  在吸取了“萤火一号”搭载别人“顺风车”不靠谱的教训后,中国航天界深刻认识到,不掌握核心技术,关键节点求助于人,绝大多数都要吃“药”,而且是哑巴吃黄连,捏着鼻子咽苦水。

  随着中国数次探月的成功,表明中国航天人已经掌握了进军深空领域的核心技术。因此,未来中国的探“火”一定会依靠自己的科技力量,走独立自主、创新发展之路,举中华民族科技之力将比“萤火一号”技术更先进、体积更庞大、探索功能更多样的火星探测器发射出去,奔向遥远的火星。如今的“天问一号”就是例证——将同时一次实现“绕”“落”“巡”目标,给全世界一个惊喜和巨大震撼。

  当今,正朝着建设航天强国之路大步迈进的中国航天,以实施航天强国标志性项目——探测火星作为重要抓手之一,“天问一号”未来的成功,必将成为中国航天迈向深空的又一座里程碑。(作者为《上海航天报》原总编辑、研究员)

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