6月11日，國家航天局公布了“祝融號”火星車拍攝的首批科學(xué)影像圖，標志著我國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功。在這輛火星車上，搭載著由中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所（以下簡稱：上海技物所）承擔研制的科學(xué)有效載荷——火星表面成分探測儀。

除了火星表面成分探測儀外，上海技物所還承擔研制火星環(huán)繞器上的火星礦物光譜分析儀，使該研究所成為唯一承擔兩個有效載荷研制的科研機構(gòu)。

上海技物所副所長、月球與深空探測系列載荷指揮舒嶸介紹，火星表面成分探測儀將對著陸區(qū)的火星表面元素、礦物和巖石開展高精度的科學(xué)探測，“于6月4日開機，5日成功下傳第一組數(shù)據(jù)”。而火星礦物光譜分析儀已于2月28日開機，對預(yù)選著陸區(qū)域進行了多次探測。

《中國科學(xué)報》記者統(tǒng)計，上海技物所為了更好地完成這次火星探索任務(wù)，創(chuàng)造了一系列“首次”。

“真槍實戰(zhàn)”那一刻的期待與緊張

火星表面成分探測儀開機前，舒嶸團隊擔憂，它跟隨“祝融號”火星車經(jīng)過“長途跋涉”后，身體是否完好，能否“聽話”……成功下傳數(shù)據(jù)前，他們又擔憂，數(shù)據(jù)回傳的過程是否順利……

其實，舒嶸團隊前期已進行無數(shù)次模擬實驗，但當“真槍實戰(zhàn)”時，也難掩內(nèi)心的緊張與期待。

實際上，“祝融號”火星車降落的那一刻才是他們最為緊張的時期。據(jù)統(tǒng)計，火星車成功降落火星表面的成功率僅有50%。即使火星車成功降落，火星表面成分探測儀經(jīng)過落火時的熱沖擊后狀態(tài)如何？附在火星車外側(cè)且重量占火星車載荷超過1/2的探測儀是否又經(jīng)得住火星上晝夜溫差大的考驗？

答案在6月4日揭曉。當天，火星表面成分探測儀正常開機并在次日成功下傳第一組數(shù)據(jù)，舒嶸團隊成員異常興奮與激動。

“開機后，探測儀對鈦樣品板進行了標定，并對‘祝融號’火星車附近的火星巖石進行了探測?！笔鎺V表示，目前探測儀遙測數(shù)據(jù)正常，工作狀態(tài)穩(wěn)定。

2.5至3.4微米高光譜具備探測水分子能力

天問一號對預(yù)選著陸區(qū)的分析，需要火星礦物質(zhì)光譜分析儀等載荷的幫助?！爸懬?，火星礦物質(zhì)光譜分析儀所獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)有助于判斷著陸區(qū)的礦物質(zhì)成分及其分布?！鄙虾＜嘉锼芯繂T、火星礦物質(zhì)光譜分析儀主任設(shè)計師何志平介紹，當天問一號進入環(huán)火軌道后，分析儀于2月28日第一次開機。

隨后，火星礦物質(zhì)光譜分析儀先后多次開機，成功獲得了科學(xué)數(shù)據(jù)，為在火星上留下“中國印記”作出了貢獻。

《中國科學(xué)報》記者采訪時得知，這臺載荷擁有國際先進的光譜探測能力，光譜探測范圍可達到0.378微米至3.425微米，探測譜段多達576個?！坝绕湓?.5微米至3.4微米高光譜探測，是我國首次在空間驗證應(yīng)用。”在何志平看來，該譜段的價值大，具備探測水分子能力。

他進一步解釋道，在過去的空間對地探測任務(wù)中，由于上述譜段被地球大氣吸收，所以從未應(yīng)用該譜段對地遙感觀測。

火星礦物光譜分析儀在1微米至3.4微米譜段的探測中，碲鎘汞探測器需要經(jīng)得住200℃溫差考驗?！熬拖癜褍x器扔入火爐，再扔到冰塊，循環(huán)往復(fù)?！鄙虾＜嘉锼毖芯繂T、火星礦物光譜分析儀紅外面陣探測器主管設(shè)計師周松敏比喻。

按照設(shè)計要求，研究人員需要開展500次循環(huán)壽命試驗，但他們?yōu)榱耸蛊涓玫剡m應(yīng)“冰火兩重天”的火星環(huán)境，在地面進行了多達2000次試驗。

但火星礦物光譜分析儀還沒有正式開展科學(xué)探測任務(wù)?！昂罄m(xù)，當天問一號進入科學(xué)探測軌道后，分析儀才正式工作。”何志平說，他們也期待分析儀能有更多的發(fā)現(xiàn)。

外國研究機構(gòu)專門分析他們的技術(shù)方案

火星表面成分探測儀的工作流程是先用超高清相機“導(dǎo)航”，研究人員發(fā)現(xiàn)感興趣的目標后，再綜合考慮太陽高度角及溫度等因素給探測儀發(fā)出指令，它就可以在規(guī)定時間內(nèi)工作。

但不同于月球探測，研究團隊這次結(jié)合了主動激光誘導(dǎo)擊穿光譜探測技術(shù)和被動短波紅外光譜探測技術(shù)。而前者是我國首次在太空使用。

舒嶸介紹，主動激光誘導(dǎo)擊穿光譜探測就是從載荷上打出一束激光，利用高達上千攝氏度的瞬間溫度，將火星表面物質(zhì)激發(fā)出等離子體，通過探測火花的光譜成分、氣體成分等，高精度地分析出火星表面元素成分，“可以分析出元素周期表中的絕大部分元素”。

“在12個定標板中，采用了一個法國的定標板，我們的數(shù)據(jù)可以與國際上既有數(shù)據(jù)相互驗證?！痹谑鎺V看來，這也是首次具有實質(zhì)性的國際合作。

除了首次應(yīng)用主動激光誘導(dǎo)擊穿光譜探測技術(shù)外，研究團隊在火星表面成分探測儀上首次實現(xiàn)了0.9微米至2.4微米波段的自研銦鎵砷探測器的航天應(yīng)用。

上海技物所研究員、銦鎵砷探測器項目組成員邵秀梅介紹，該探測器可以將光信號轉(zhuǎn)為電信號，而以往任務(wù)的銦鎵砷探測器探測波段只有0.9微米至1.7微米，但火星探測需要到2.4微米。“這一波段的探測器通常需要在低溫條件下工作，而我們研制的銦鎵砷探測器可以在室溫下滿足靈敏度的要求?！?/p>

邵秀梅表示，美國、土耳其等研究機構(gòu)曾引用他們項目組的多篇論文，專門來研究分析其技術(shù)方案。

據(jù)悉，上海技物所這兩臺載荷繼承了嫦娥探月工程相關(guān)載荷研制任務(wù)的經(jīng)驗和基礎(chǔ)，對探測火星表面元素與礦物成分等具有重要意義，將為火星形成、地質(zhì)演變研究提供重要科學(xué)依據(jù)。

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