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【解局】火星从此有了“西柏坡”

侠客岛 侠客岛 2023-04-26
【侠客岛按】


近日，国家航天局和中国科学院联合发布火星全球影像图。有意思的是，火星上22个地理实体，用中国人口小于10万的历史文化名村名镇来命名，西柏坡赫然在列。


影像图来之不易。2021年11月至2022年7月，“天问一号”任务环绕器中分辨率相机对火星实施了284轨次遥感成像，地面应用系统对获取的14757幅影像数据进行处理，这才得到火星全球彩色影像图。


火星全球影像图有啥科学价值？背后有哪些故事？中国行星探测工程总设计师张荣桥为您揭秘。


22个地理实体分布图（图源：国家航天局）

一


“天问一号”任务是中国首个行星探测工程，背后是几千家单位、上万名科技工作者的连续攻关奋斗。


进场之前，新冠疫情蔓延。所幸各方协调支持，我们终于在2020年4月按时进入发射场。此后，我们工作了110多天，于当年7月23日准时发射长征五号遥四运载火箭，把承担我国首次火星探测任务的“天问一号”探测器送入奔火轨道。经过202天的奔火飞行,“天问一号”成功进入环火轨道。


2020年7月23日，长征五号遥四运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空，实施我国首次火星探测任务（天问一号任务）。图源：新华社

2021年5月15日，对预选着陆区进行3个月的详查后，“天问一号”成功着陆火星。


5月22日，“祝融号”火星车踏上火星大地，第一步就迈出了0.522米。当时有人问为什么第一步是0.522米？我说是为了纪念这个重要的日子。从那时起，火星车开始巡视探测，到8月15日完成了既定的90个火星日探测目标。

这时候我们就在思考，是否还要继续巡视探测？是把“天问一号”任务环绕器转过去进行环绕探测呢，还是对火星车进行巡视探测？如果两项任务都完成，会不会影响全球遥感探测？这些风险利弊，我们都得仔细权衡。


我们的总目标是一次实现绕着巡——既要实现巡视探测，还要实现对火星的全球遥感探测。这就意味着“天问一号”任务环绕器既要对火星车巡视探测做中继通讯，又要对火星实现全球遥感探测，但这两件事很难同时做到。


当时，火星车完成任务目标后，状态依然良好。于是，我们调整了整体运行方案，先不去环绕探测，而是继续勘探巡视。直至2022年6月29日，“天问一号”任务环绕器实现全球遥感探测。环绕器到现在已经运行超过1000天，不仅状态良好，还继续在遥感使命轨道开展科学探测、积累原始数据。


“祝融号”火星车与着陆平台同框出现（图源：国家航天局）

目前，我们的环绕器和火星车已获得了1800GB的原始科学探测数据。我们对一手科学数据开展研究，取得了一批原创性科学成果。


什么是原创性科学成果？就是在《Science》《Nature》等国际顶尖期刊杂志发布的成果。它们包括但不限于：通过对火星车导航地形相机、火星表面成分探测仪和火星气象测量仪获取的数据开展综合分析，发现了巡视区存在距今约7.6亿年盐水活动和现代水汽循环的证据；通过对火星表面成分探测仪数据研究，发现巡视区近期水活动证据，揭示晚亚马逊纪（7亿年前）火星水圈比传统认知的更加活跃……


最近，我们也有两篇高质量文章要发表，其中就有大家已看到的76米分辨率火星全球彩色影像图。

二


本次发布的影像图包括火星东西半球正射投影图、鲁宾逊投影图和墨卡托投影加方位投影图——密布的撞击坑、狭长的裂谷，影像图上，火星地形地貌清晰可见。但要获取影像图，需要突破三大难关。

东西半球正射投影图（图源：国家航天局）
鲁宾逊投影图（图源：国家航天局）
墨卡托投影加方位投影图（图源：国家航天局）

一是一次任务要实现环绕、着陆和巡视。在完成既定巡视任务后，我们还想走得更远，让环绕器服务于火星车的巡视，等火星车进入自主休眠模式后，环绕器再进行巡视探测。这是多任务的规划协调，多任务的轨道设计和调整，兼具挑战性和风险性。


二是火星影像图的拼接。我们环绕284轨获得了14757幅图片。图像拼接过程中，相邻两个轨道获得的图像之间不能有缝隙，这非常考验科研人员的“手艺”。如果轨道控制不精准，难免出现缝隙；一旦存有缝隙，想弥补就得等七八个月之后的下一个周期。另外，相邻两轨获得的图像不能重叠太多，否则下一轨很可能出现缝隙。我们的制图要求是重叠15%，这就对环绕器运行的轨道控制提出了更高要求。


三是图像颜色正不正。我们想了很多办法，对这次获取的图像，利用光谱分辨率更高的多光谱相机，用环绕器获取的数据和高分相机获取的数据进行矫正。经过重重关卡和挑战，我们终于拿到了影像图。


可能有人不解，为啥要千辛万苦获得影像图？


其意义就在于，中国人搞火星探测，在论证、立项、研制和在轨运行过程中，所用底图都是国外的。如今，我们有了自己的火星全球彩色影像图，不仅为中国、也为世界同行开展火星探测工程和火星科学研究提供了质量更好的基础底图，这是中国人为人类深空探测事业做出的重要贡献。


三


“天问一号”开启了新征程。此后，我们还将不断刷新行星探测新高度。


以“天问二号”为例，其探测对象是近地小行星2016HO3。2016HO3的个头很小，距离地球超过4000万公里，是国际公认的有特殊性的天体。“天问二号”的主任务就是探测2016HO3，而且要从2016HO3上采样回来，这将是中国人第一次从行星际拿回样品。完成任务后，我们再争取探测一个主带的小行星，这颗小行星又很有特点，叫主带彗星。


小行星探测难度非常大。与火星不同，小行星上没有重力，这意味着航天器无法环绕小行星飞行，只能在茫茫宇宙中追上它并伴飞，在此过程中附着、取样。


目前，“天问二号”已基本完成初样研制阶段的工作，2023年中期将转入正样研制阶段，计划于2025年前后实施发射。


我们还规划了“天问三号”和“天问四号”任务。“天问三号”将从火星取样返回，“天问四号”将探测木星系。这两项任务的难度都非常大，还需通过两三年时间进行关键技术攻关。中国全体航天人会继续努力，不辜负大家的期望。


采访/人民日报记者 冯华

编辑/云歌

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