“圜则九重，孰营度之？”7月23日12时41分，在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空，飞行多秒后，成功将探测器送入预定轨道，开启火星探测之旅，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。
探测器将在地火转移轨道飞行约7个月后，到达火星附近，通过“刹车”完成火星捕获，进入环火轨道，并择机开展着陆、巡视等任务，进行火星科学探测。
“探火之旅”5大看点
世界首次：一步实现“绕、着、巡”
目前，人类已对火星实施了44次探测任务，其中成功了24次，火星是目前人类认识最深入的行星之一。
通过以往对火星的探测，人们在火星上发现了存在水的证据。火星上是否存在孕育生命的条件以及火星是地球的过去还是未来？这些问题一直萦绕在科学家心头，成为火星研究的重大科学问题。
我国首次火星探测任务凭借火星环绕器和着陆巡视器的超强阵容，可一步实现火星“环绕、着陆、巡视”三个目标，这是其他国家在首次实施火星探测任务时从未实现过的。
相比月球探测，火星探测任务的难度更大。由于火星相对地球距离较为遥远，对发射、轨道、控制、通信和电源等技术领域都提出了很高的要求。
中国航天科技集团八院“天问一号”探测器系统副总师兼环绕器总设计师王献忠介绍，研制团队不仅攻克了火星制动捕获、长期自主管理等关键技术难点，更实现了地火间的超远距离测控通信，并将通过环绕探测实现火星全球性、综合性探测，完成火星表面重点地区高精度、高分辨率精细详查。
临门一脚：制动捕获“踩刹车”
火星捕获是火星探测任务中技术风险最高、最为重要的环节之一，在火星探测器从地球飞向火星的过程中，能够被火星引力所捕获的机会只有一次。此次火星探测任务捕获时探测器距离火星仅公里，而此时探测器相对火星的速度高达4到5公里每秒，一不留神就会撞击火星或飞离，捕获的成功与否成为火星探测任务成败的关键。
由于捕获时探测器距离地球1.93亿公里，单向通信时延达到10.7分钟，地面无法对这一制动过程进行实时监控，只能依靠探测器自主执行捕获策略。捕获过程中，火星环绕器需要准确地进行点火制动，如果制动点火时间过长，探测器速度下降过多，探测器就会一头撞上火星，如果制动点火时间过短，探测器速度过快，就会飞离火星从而无法进入环绕轨道。
4亿千米：超远距离深空通信
环火飞行阶段，由于地球和火星的运行规律，探测器距离地球最远达到4亿千米。为了解决超远距离通信问题，火星环绕器装备了测控数传一体化系统，实现了系统重量轻、通信效率高、通信链路可靠的目标。为补偿空间衰减，火星环绕器配置了大功率行波管放大器以及大口径可驱动的定向天线，大幅度提高探测器到地球的通信能力。
自主管理：探测火星需要会思考的“大脑”
火星环绕器由于探测器到地球的距离远，通信延时大，无法完全依靠地面指令对星上出现的突发状况进行实时处理。此外，环绕器与地面站通信有其空间的特殊性，导致通信中断(“日凌”)的时间最长可达30天。在火星探测器进行环绕器与着陆巡视器分离时，环绕器需在短时间内完成3次调姿和2次变轨，对姿态及位置测量及控制精度要求非常高。正是依靠自主在轨管理系统，火星环绕器才能够精准、及时地完成与着陆巡视器的分离。
多样载荷：透视火星，拍下“中式定妆照”
此次火星环绕器上共搭载7种有效载荷，可对地火转移空间、火星轨道空间、火星表面及其次表层开展科学探测。
其中，中分辨率相机可对火星全球开展地形地貌普查，高分辨率相机可对火星重点地区开展局部高分辨率地形地貌详查，将为火星拍下来自中国的“定妆照”。
装在火星车上的次表层探测雷达，将对火星地表以下10米甚至米深度的火星内部结构进行“透视”。新华社
扬子晚报记者探秘
记者了解到，在本次火星探测任务中，南京航空航天大学承担了火星应急信标装置的研制任务，这个信标装置将搭载在“天问一号”上，执行我国首次火星探测任务。南航也是国内唯一独立承担火星探测器载荷研制任务的高校。
实习生张紫略
扬子晚报/紫牛新闻记者杨甜子
抗冲击耐极寒，火星探测器载荷仅重4千克
看南航怎样“将大象装进冰箱”
7月23日，在南航举办的“火星探测器发射直播观摩活动”上，记者看到了外形像小筒一样的信标装置样品，重量不过4公斤左右，但是其中的结构相当复杂和精密。
南航航天学院张子健副教授介绍，火星探测器信标装置相当于“黑匣子”加上信标系统，信标装置主要安装在着陆器和巡视器两部分上。“这套信标装置，能够保障高强度冲击、极寒等极端环境下的数据通信，无论国内还是国外都称得上是首创。”
长期的太空飞行，需要满足高强度冲击、极寒高温等多方面的苛刻要求。这让信标的研发难度增大了不少。张子健副教授打了个比方，抗击高强度冲击的难度，堪比保护一颗从高空中坠落的鸡蛋，不仅要保护蛋壳不被破坏，还要保证蛋黄、蛋清不晃。而让火星探测器同时耐受高温和极寒，则需要经过极其精确的热控分析。以上的林林总总，都要“装”进这个4公斤左右的信标装置里，几乎相当于“将大象装进冰箱”。
南航火星应急信标团队共十人，平均年龄不过35岁，经历试验失败、疫情阻挠，从正样产品总装、单测、环境试验、联试，到模拟飞行测试、验收和综合测试，一步步实现航天报国的梦想。
年8月，火星应急信标装置研制团队在南航正式成立，详细设计方案于年4月评审通过，经过六个月的研制与技术攻关，航天学院团队按计划完成电性能测试、力试验、鉴定级产品投产、大过载摸底试验、全时序模拟测试、热平衡试验、专项试验研制技术流程，各项功能与性能满足使用与设计要求。11月底正样产品顺利投产，年4月信标装置正式交付。
一个全新的产品，在没有任何成功经验可借鉴的情况下，仅用6个月左右的时间，开展信标的设计、制造、试验、验证等工作的难度可想而知，团队都是“摸着石头过河”。
在信标装置通信能力测试的过程中，研制人员发现通信有丢帧的现象，原因一直无法定位，而交付进度没有任何余量。南航火星应急信标团队副总指挥、航天学院党委书记季海群介绍，在此关键时刻，学院成立了技术突击小队，连续48小时对通信系统软硬件排查，最终在出厂交付前定位和解决了问题。
高过载冲击试验是考核信标装置抗极端环境的重要验证试验。南航火星应急信标团队总设计师、航天学院常务副院长陈金宝介绍，团队采用了五种试验验证工作的冲击方案。经过无数次摸索，克服了种种困难，终于，在团队所有成员的共同努力下，第五种试验方案达到了各种指标，试验验证工作圆满完成。
“天问一号”充满“南航元素”
南航88级校友担任火星探测器总设计师
记者从南京航空航天大学了解到，南航88级校友孙泽洲担任了此次火星探测器的总设计师。而中科院院士、南航航天学院院长叶培建，更是亲历我国航天事业从无到有、由弱变强，亲手推动了中国卫星遥感、月球与深空探测及空间科学的快速发展。
在本次火星探测器发射任务中，南航航天学院院长叶培建院士担任总指挥、南航88级校友孙泽洲担任火星探测器总设计师、南航航天学院的火星信标项目团队承接火星探测器信标装置的研制工作……在中国航天领域，“南航人”持续贡献着自己的智慧和力量。
孙泽洲于年进入南航电子工程专业读书。毕业后，他随即进入航天科技集团中国空间技术研究院工作。年任嫦娥一号卫星副总设计师，年任嫦娥三号探测器总设计师，后担任嫦娥四号探测器总设计师，以及火星探测器总设计师。
按计划，“天问一号”火星探测器将进行大约7个月的飞行到达火星，最终在年5月着陆在火星赤道附近。国外在火星着陆任务之前都有环绕卫星在火星附近，而中国的火星着陆巡视器是环绕火星不久后，就要与环绕器分离并降落，这对于着陆后的火星车自主能力提出更高要求。中国火星探测任务最核心、难度最大的地方，就是在着陆器进入火星大气后降落伞减速的过程，这个过程只有一次机会。“认识一个新的事物就是试错的过程，航天却不会给你很多机会去试错。”孙泽洲总师坦言。
记者了解到，此次火星探测器搭乘的长征五号系列火箭的研制工作中，除了总师之外，还有许多“南航元素”。负责长征五号系列主体结构制造、总装和测试的是天津航天长征火箭制造有限公司，南航85级飞机设计专业校友孟凡新担任该公司总经理。去年年底，长征五号遥三运载火箭的成功复飞，以南航郭万林院士为代表的科研人员提供了“南航智慧”。
（文章来源：扬子晚报）