專訪天問一號火星環繞器總體主任設計師：未來將把火星表面樣品帶回地球
中新網北京7月14日電 題：專訪天問一號火星環繞器總體主任設計師：未來將把火星表面樣品帶回地球
記者余湛奕
天問一號成功著陸火星、“祝融號”火星車駛上火星表面、國家航太局發佈天問一號實拍影像……近期天問一號頻繁登上社交媒體熱搜，引發熱議。
中國航太科技集團有限公司第八研究院五〇九所火星環繞器總體主任設計師牛俊坡近日接受中新網記者專訪，講述他所經歷的“天問探火”故事。他說，國家後續將規劃實施火星取樣返回任務，將把火星表面樣品帶回地球。
作為中國首次火星探測任務天問一號探測器的核心分器——火星環繞器的總體主任設計師，牛俊坡及其所在團隊承擔了火星環繞器抓總研製任務。牛俊坡自2010年開始參與火星探測論證階段工作。2016年天問一號工程立項後，他便全身心投入到環繞器系統設計、技術攻關、系統測試以及當前的在軌飛行控制工作。
在天問一號獲取第一手火星科學數據之前，中國航太人對火星的了解大多源自國外。在牛俊坡看來，中國人探測火星要面臨的首個挑戰，是環境要素的不確知。
“我們掌握的數據主要來源於美國、俄羅斯等發佈的探測數據，但這些數據是否準確？能否作為工程研製的輸入條件？我們心裏是沒底的。”他說，為了抵消這些不確定因素帶來的風險，在設計和研製過程中，科研人員採取了提高系統設計的可靠性和冗余、把已知數據拉偏做測試、對產品提出更高要求等方法來解決問題。
除了對環境的不確知，遠距離“長途通信”也是一大難題。
地球到火星的距離最遠達到4億公里，是地球到月球距離的1000倍。牛俊坡告訴記者，天問一號探測器主要由環繞器和著陸巡視器(含“祝融號”火星車)兩部分組成，在停泊軌道環繞器實施降軌機動，將“祝融號”分離後會繼續上升至中繼軌道，變身成為通信器，為“祝融號”與地球之間建立起中繼通信。由於地面站與探測器間通信主要是依靠無線電波實現，因此距離越遠，接收到的信號就越微弱。另外，4億公里的超遠距離還會導致通信時延變長。
“探測器和地球的距離是在變化的，最近的時候大概是5500萬公里，最遠可達4億公里，所以最長的通訊延時長達22分鐘。”牛俊坡說，通信延時對控制探測器帶來了很大影響和風險。如果出現太陽位於地球和探測器之間的情況，還會造成長時間的通信中斷，地面看不到探測器的運作，探測器也接收不到地面指令。
實際上，這些看似困難的問題早在天問一號探測器發射之前就被科學家們充分考慮到了。牛俊坡說，探測器早在設計階段就已加入自主功能，在通信時延和通信中斷的情況下，探測器可以不完全依賴於地面操作和控制，自主完成在軌運作。
縱觀世界航太史，天問一號不僅在火星上首次留下中國人的印跡，還首次成功實現了通過一次任務完成火星環繞、著陸和巡視三大目標的壯舉。
2021年5月15日，天問一號著陸巡視器成功著陸火星。5月22日，“祝融號”火星車成功駛離著陸平臺，到達火星表面開始巡視探測，並向地球發回珍貴的影像資料。6月27日，中國國家航太局發佈了天問一號火星探測任務著陸和巡視探測系列實拍影像，包括著陸巡視器開傘和下降過程、“祝融號”火星車駛離著陸平臺聲音及火星表面移動過程視頻，火星全局環境感知圖像、火星車車轍圖像等。
據中國官方消息，截至7月8日，設計壽命為3個火星月、相當於約92個地球日的“祝融號”火星車已在火星表面工作54個火星日，導航地形相機每日對沿途地貌進行成像，圖中可見火星岩石的紋理特徵和火星車車轍等。截至7月11日，“祝融號”火星車累計行駛410.025米，工況正常。
牛俊坡表示，“祝融號”設計壽命已經過半，總體運作狀況良好。目前，“祝融號”一天能完成預設三天的工作量。
他說，“祝融號”原本設計是三天為一個週期，包括對周圍的環境感知、對圖像和數據進行探測、路線規劃並移動。但在火星著陸後，“祝融號”在通信能力和移動速度等方面都優於預期，在一天內就能完成對感知、探測、移動。
由於沒有設計返回，“祝融號”在設計壽命結束後，還將超壽命服役一段時間。“祝融號”本身就有直接對地通信鏈路，所以即使環繞器無法提供中繼支援，“祝融號”還能有其他作為。牛俊坡坦言：”我們未來的工作，還將規劃並實施取樣返回任務，實現把火星表面樣品帶回地球。”
“就像此前嫦娥五號能帶回月壤一樣，讓大家也能看到來自火星表面的物質。”牛俊坡說。
2006年牛俊坡在北京交通大學本科畢業後，又進入哈爾濱工業大學繼續讀研，從事航太器有關的課題研究。畢業後，考慮到專業對口，他選擇進入航太系統工作。工作期間，牛俊坡曾獲中國青年五四獎章、上海市技術發明二等獎等榮譽。
牛俊坡告訴記者，奮戰在航太一線的工作人員年輕面孔佔比很高，青年人充滿激情、有活力、富有創造力。航太系統有經驗豐富的前輩指導把關、成熟穩重的同事牽頭帶隊、幹勁十足的青年人一線衝鋒，是一個朝氣蓬勃、能打硬仗的集體。
談及自身從事的航太事業，牛俊坡說：“選擇這個行業，就要始終保持對工作的興趣和熱情，堅守初心，保持責任心，勇於擔當，這樣才能把工作做好。”(完)
