5月15日，執(zhí)行我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)的天問一號(hào)探測(cè)器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)著陸，邁出了我國(guó)星際探測(cè)征程的重要一步。后續(xù)，祝融號(hào)火星車將依次開展對(duì)著陸點(diǎn)全局成像、自檢駛離著陸平臺(tái)并開展巡視探測(cè)。

火星探測(cè)器應(yīng)急信標(biāo)裝置研制團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、副總設(shè)計(jì)師、南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱“南航航天學(xué)院”)副院長(zhǎng)王寅走出北京航天指揮控制中心的觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，仍難掩激動(dòng)和喜悅：“心情非常激動(dòng)!在探測(cè)器著陸的時(shí)候，所有人都鼓掌擁抱!”

中國(guó)首創(chuàng)“會(huì)打電話的黑匣子”

王寅所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)研制的應(yīng)急信標(biāo)裝置能在天問一號(hào)探測(cè)器非預(yù)期著陸時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，就像是個(gè)“會(huì)打電話的黑匣子”。

王寅介紹：“火星探測(cè)器信標(biāo)裝置是世界上首個(gè)航天器應(yīng)用的應(yīng)急通信載荷，它的主要功能和飛機(jī)上的黑匣子相似，但是又有所區(qū)別。飛機(jī)上的黑匣子不能主動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，只能發(fā)送一個(gè)定位的信號(hào)，用于被搜索。而信標(biāo)裝置可以發(fā)送關(guān)鍵的數(shù)據(jù)和信號(hào)，被火星的環(huán)繞器接收，解讀其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。”

應(yīng)急信標(biāo)裝置要在天問一號(hào)著陸火星時(shí)抵抗高強(qiáng)度的沖擊，要能在火星零下一百三十度的環(huán)境下生存好幾天，在體積盡可能小的同時(shí)還要保持通信暢通，這是中國(guó)獨(dú)創(chuàng)的設(shè)計(jì)。

“這是對(duì)研制團(tuán)隊(duì)極大的技術(shù)挑戰(zhàn)。信標(biāo)裝置測(cè)控系統(tǒng)的模塊和同類型的產(chǎn)品相比，重量上要求減小20倍以上。在這樣一個(gè)極小的空間里面，我們做得越小就越難。”王寅說，“這是一個(gè)結(jié)構(gòu)、尺寸、材料相互組合和優(yōu)化的創(chuàng)新過程。材料的特性選擇不同，材料的尺寸不同，最后它對(duì)于沖擊的吸收能力也是不一樣的。另外，保溫和抗沖擊是兩個(gè)相反的需求。要想保溫，材料就要比較柔軟，就像羽絨服一樣，非常軟但是不能抗沖擊。要想抗沖擊就需要堅(jiān)硬的材料，但保溫性能就比較差。怎樣在這兩種需求中找到平衡點(diǎn)，是一件非常困難的事情。”

面對(duì)困難義無反顧

在南航航天學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里，記者見到了應(yīng)急信標(biāo)裝置的試驗(yàn)件。它不到4公斤，像個(gè)精致的小保溫桶，在成型之前，經(jīng)歷了無數(shù)次的更新迭代。

電子系統(tǒng)是應(yīng)急信標(biāo)裝置的中樞神經(jīng)，不能出一絲差錯(cuò)。南航航天學(xué)院副教授王小濤就是負(fù)責(zé)這個(gè)“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”的主任設(shè)計(jì)師。要在不到兩年的時(shí)間里完成一個(gè)沒有可借鑒先例、一切從零開始的超高難度任務(wù)，看似不可能，但火星探測(cè)器系統(tǒng)總指揮、總設(shè)計(jì)師顧問、南航航天學(xué)院院長(zhǎng)葉培建院士打下的“強(qiáng)心針”讓這支平均年齡30歲出頭的年輕團(tuán)隊(duì)在面對(duì)困難，甚至是危險(xiǎn)時(shí)仍然義無反顧。

“2019年年初，葉院士在我們整個(gè)火星項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開會(huì)時(shí)強(qiáng)調(diào)，我們年初的時(shí)候一定要堅(jiān)定信念，就是我們一定要成功。只有這樣，經(jīng)過一年的不斷努力，我們才必定能成功。”王小濤回憶。

高速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)要用火炮發(fā)射信標(biāo)，來模擬火星探測(cè)器異常著陸時(shí)的速度，保證信標(biāo)在高速?zèng)_擊下內(nèi)部結(jié)構(gòu)不散架，安全完成信息傳輸任務(wù)。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人王寅說：“這個(gè)實(shí)驗(yàn)整整做了一個(gè)月。炮管的口徑和信標(biāo)的尺寸不匹配，為了解決這個(gè)問題，最后我們給信標(biāo)做了一個(gè)外殼，再通過火炮發(fā)射出去。在離開火炮炮管以后，外殼和信標(biāo)能夠脫離。”

應(yīng)急信標(biāo)裝置主任設(shè)計(jì)師、南航航天學(xué)院副教授張子建透露，曾經(jīng)有一次高速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)著實(shí)讓他后怕：“當(dāng)時(shí)要近距離拍攝，大家找了一個(gè)紙箱子在高速相機(jī)前擋著。有一次有個(gè)碎石一樣的東西反彈，打到相機(jī)支架的鎖扣上，一下子就把鎖扣打沒了。但是你還必須在那兒摁開關(guān)，它只記錄幾秒鐘的時(shí)間。”

絕不帶著問題上天

離探測(cè)器轉(zhuǎn)運(yùn)到海南的文昌航天發(fā)射場(chǎng)只有兩周左右的時(shí)間，絕大多數(shù)的測(cè)試都已經(jīng)完成，就在應(yīng)急信標(biāo)裝置即將交付時(shí)，王寅面臨一個(gè)重大抉擇。

王寅說：“最后幾次綜合測(cè)試時(shí)，我們?cè)谛艠?biāo)的通信上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)小的問題，就是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并不是很完整。由于數(shù)據(jù)是重復(fù)發(fā)送的，并不影響它的使用。當(dāng)時(shí)想到的是，既然數(shù)據(jù)傳輸不完整，那么一定存在問題，不能夠帶著問題上天。但是如果推倒重來，那么后面還需要再次補(bǔ)充測(cè)試，留給我們的時(shí)間非常少。這在當(dāng)時(shí)是一個(gè)非常困難的決定，最后我們還是把信標(biāo)取回來重新檢測(cè)，把問題找出來。”

出現(xiàn)問題的是王小濤負(fù)責(zé)的電路系統(tǒng)。王小濤說：“當(dāng)時(shí)我們連夜趕到北京去，到了賓館接近12點(diǎn)了，但是大家都沒有休息，直接動(dòng)手去連接調(diào)試。結(jié)果測(cè)了一天一夜，總覺著它沒有問題，但是后來繼續(xù)測(cè)就發(fā)現(xiàn)和正常的不太一樣了?；氐侥暇┖罄^續(xù)變化條件反復(fù)測(cè)，每天都要測(cè)好多遍，最終找到了電磁兼容的一個(gè)關(guān)鍵地方。后來我們把通信的協(xié)議稍微修改了一下，就再也沒有出現(xiàn)問題了。”

關(guān)鍵詞： 天問一號(hào) 黑匣子 打電話 中國(guó)首創(chuàng)