天问一号”着陆火星,这些高校功不可没!

作者:蜂考来源:蜂考公众号

蜂考据中国国家航天局官网5月14日消息得知,中国首次探测任务“天问一号”探测器自2020年7月23日在文昌航天发射场发射以来,正式开启火星探测之旅,各系统工作运行情况正常。



由于前期天问一号探测器进入环火轨道,进行科学探测工作任务,获取了大量科学数据。根据目前良好地飞行情况,2021年5月15日,天问一号着陆巡视器稳稳地着陆于火星乌托邦平原南部预选区,中国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。后续,祝融号火星车将依次开展对着陆点全局成像、自检驶离着陆平台并开展巡视探测。


火星探测风险高、难度大、探测任务面临的问题很多,例如行星际空间环境、火星大气稀薄、火面地形地貌等挑战,同时还会受到远距离、长延时的影响,难点还有着陆阶段的环境存在不确定、着陆程序复杂且地面无法干预等。本次任务的成功突破了第二宇宙速度发射、行星际飞行及测控通信、地外行星软着陆等关键技术,实现了我国首次地外行星着陆,我国成为世界上第一个首次通过一次任务实现火星环绕和着陆巡视探测的国家,也成为世界上第二个实现火星车安全着陆和巡视探测的国家,是中国航天事业发展中又一具重大意义的里程碑。


当然,“天问一号”成功着陆火星的背后,离不开一批高校科研工作者的付出。是他们把不可能变成可能,把梦想照进现实。让我们一起跟着蜂考来了解一下“天问一号”背后的“大学力量”!


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图源:人民日报


中国科学技术大学

火星磁强计


中国科学技术大学于2016年1月正式启动火星探测火星磁强计的研制任务,承担研制任务的是地球和空间科学学院的空间有效载荷研制平台,作为我国深空探测中首个承担单机级科学载荷任务的高校。


据蜂考了解,“天问一号”火星探测器由着陆巡视器和环绕器组成。其中火星环绕器有效载荷火星磁强计的主要功能为获取火星空间磁场环境高精度数据,主要科学探测任务包括全面准确地测量火星空间边界层,探测火星南部局地岩层的剩磁及火星感应磁层,研究近火空间处的行星际等离子体和行星际磁场,同时还会结合其他载荷仪器对火星大气中的粒子逃逸等问题开展研究。




西安交通大学

新型镁锂合金


“天问一号”火星探测器应用了由西安交通大学柴东朗教授及团队研制、与西安四方超轻材料有限公司历经10余年共同开发的世界上目前最轻的金属结构材料——新型镁锂合金


除“天问一号”的应用之外,柴东朗教授团队研制的新型镁锂合金还在“浦江一号”卫星、首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星中的高分辨率微纳卫星、“通信技术试验卫星三号”等航天器上成功应用。


2016年由柴教授牵头起草的《镁锂合金铸锭》(GB/T33141-2016)正式发布,填补了我国镁锂合金材料标准空白,另外还有3种新型的镁锂合金进入镁合金国标《变形镁及镁合金牌号和化学成分》(GB/T5153-2016)。


新型镁锂合金的应用突破了我国在相关领域被卡脖子的困境,无以伦比的优势使其在航空航天、兵器军工、电子产品、石油化工、机械仪表、医疗器械、户外器材等军工及民用领域都具有广泛用途。


哈尔滨工业大学

造国旗、实施火星捕获


2020年10月1日,国家航天局发布我国首次火星探测任务“天问一号”探测器飞行图像,图上的五星红旗光彩夺目,呈现出鲜艳的中国红。


这是我国天问一号火星探测器首次深空“自拍”。这抹鲜艳的中国红出自哈工大化工与化学学院吴晓宏教授团队。



图源:中国青年报


2021年2月10日19时52分,天问一号探测器成功实施火星捕获,中国首次火星探测任务环绕火星飞行获得成功。


哈尔滨工业大学航天学院控制科学与工程系航天器控制团队参与了火星环绕器制动捕获方案论证与关键技术攻关。


北京航空航天大学

任务测控系统总设计师


火星探测任务的顺利进行,自然也少不了北航师生团队及优秀校友的贡献。“天问一号”任务测控系统总设计师李海涛就是北航电子信息工程学院博士生。


测控系统主要负责火箭发射段的测量以及航天器与火箭分离后的测量与控制,直到航天器的使命完成。李海涛总设计师给出了一个形象的比方,如果把卫星比作风筝,测控系统就是放风筝的人,风筝飞多高,往哪飞,怎么飞,都由测控系统控制。


天问一号探测器距离地球最远时可达到四亿公里,距离这么遥远还能接收地面上的问候,这离不开三大“站将”——佳木斯深空站、喀什深空站、阿根廷深空站。通过这三大深空站,航天人就能紧紧抓住手中的“风筝线”,来掌握探测器的行踪。



李海涛总设计师亮相央视《开讲啦》


火星探测任务,阿根廷深空站首次对外公开在选址的过程中,李海涛前后两年5次赴南美选址,终于选定了现在阿根廷的这个站址。


历经千难万险,阿根廷深空站得以成功建成。目前,它正和我们国内的佳木斯深空站、喀什深空站共同形成我国完整的深空测控网。


除此之外,火星车的名字和北航还有不解之缘。2020年7月24日,中国首辆火星车全球征名活动正式发布。北京航空航天大学为中国首辆火星车全球征名项目特约高校。


南京航空航天大学

应急信标装置


南京航空航天大学承担了火星应急信标装置的研制任务,将搭载“天问一号”执行我国首次火星探测任务,也是国内唯一独立承担火星探测器载荷研制任务的高校。


尤其值得一提的是,南航航天学院院长叶培建院士是项目的总指挥、总设计师顾问,而南航1988级校友孙泽洲担任火星探测器总设计师。



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。


“火星探测器的信标装置相当于黑匣子加上信标系统。”火星探测器信标项目主任设计师、南航航天学院张子健副教授介绍,火星探测器包含环绕器、着陆器和巡视器三大部分,而信标装置主要安装在着陆器和巡视器两部分。


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,还可以记录探测器着陆火星的行动轨道,在国内外都称得上是首创。


北京理工大学

“天问一号”北京总调度


“各号注意,我是北京。根据飞控工作安排,‘天问一号’火星探测器将于北京时间……”作为“天问一号”北京总调度,北京理工大学2014届本科校友鲍硕正在向“天问一号”发出指令。



图源:北京理工大学新闻网


作为天地之间唯一的纽带,北京航天飞行控制中心是我国载人航天和深空探测的指挥调度、分析计算、飞行控制、数据处理和信息交换中心,所有的数据都会汇集到这里,所有的指令也都从这里发出,应急决策也在这里最终做出。鲍硕凭借过人的科研实力和迅捷的应变能力成为了中心40年来首位女性总调度。


天问一号”任务并非鲍硕首秀,此前她曾负责“嫦娥五号”任务调度。


“调度”岗位信息多、责任大。要求岗位人员不仅要熟悉各种程序制度、技术方案和应急预案,掌握各个岗位、系统间的流程和职责,还要具备灵活处置突发事件的能力。


在航天领域,蜂考知道还有很多和鲍硕一样矢志奋斗的北理工校友,他们正在用熊熊的青春之火点亮祖国的航天事业!


天津大学

火星探测着陆


据蜂考了解,天津大学蒋明镜教授团队承担着为我国火星探测器着陆环节“造星”的重任,“火星上的重力只有我们地球的1/3,模拟火星地表地貌形态等环境特征,对于未来探测器在火星重力环境下成功着陆具有重要意义。”


蒋明镜教授的“北洋能源与环境岩土团队”承担了我国火星探测计划中的地面火星地表研制项目。他们的主要任务可以形象地称之为“再造火星表面”,即模拟地表成像区域基础场地、工作区基础场、火星地表特征、模拟火壤着陆试验床、火星表面激光和微波特征等。


经过长达两年的艰苦钻研,蒋明镜教授带领团队顺利建造了着陆器着陆点的典型火星地表;模拟了接近火星表面真实形态的火星地表地貌等视觉环境并满足试验器对可见光、雷达和激光的反射要求;为火星验证器携带的火星探测器设备提供类似火星的探测环境等一系列任务。


西安电子科技大学

图像和数据压缩


西安电子科技大学李云松教授图像传输与处理团队参与了本次火星探测中多个科学载荷的图像和数据压缩任务。




团队研发了环绕器次表层探测雷达原始数据压缩模块,提出了在受限资源情况下可靠压缩软硬件方案,可对数据进行无损压缩、1.5倍-2.5倍有损压缩。


团队研发了矿物光谱分析仪图像压缩模块,解决了不同维度光谱像素级有损无损混合压缩问题,在整体带宽受限情况,确保了重点光谱数据无失真编码。团队研发了中分辨率相机和高分辨率相机压缩模块,首次在我国航天器上使用300万门FPGA实现了基于JPEG2000算法的图像压缩和处理功能,相比于现有深空探测卫星遥感图像编码器来说具有最好的图像压缩效率


北京科技大学

火星探测器总指挥


北京科技大学校友赫荣伟担任火星探测器总指挥,助力中国航天再次走向胜利之路。赫荣伟是北科大矿机(车辆)专业93级校友,1997年毕业后进入中国航天工业总公司(中国航天科技集团有限公司前身)五院529厂工作。从普通的技术员到嫦娥四号探测器系统总指挥,再到火星探测器总指挥,赫荣伟从未停止前进的脚步。


从组织策划、人员布置、项目进度管理,到实际计划贯彻执行、资源保障,再到各个产品需攻克的重点难点、产品质量问题等,他都投身其中,严格把控。正因他在管理工作中做得严谨周到,型号研制工作才有条不紊。


赫荣伟表示,“实现了一个梦想,后面还有更多梦想。深空探测,是我们这支队伍永远不懈的追求。”


图源:澎湃新闻


青岛科技大学

着陆器自主导航


在这次任务中,青岛科技大学作为参与火星探测任务的单位,为“天问一号”探测器精准、安全地着陆提供技术护航。探测器着陆阶段,是整个火星探测任务最为关键的阶段之一,直接决定了探测任务的成功与否。




“利用地表图像进行特征提取跟踪,并进行自主导航是完成火星自主、精确、安全着陆任务要解决的关键技术问题。”青科大的技术实现了让探测器利用地表图像进行特征提取、跟踪,并据此完成着陆段自主视觉导航。


这不仅是完成着陆器自主导航的重要手段,也将在很大程度上解决我国行星探测自主、安全、精确着陆任务的关键技术问题


在他们的研究理论支撑下,探测器在着陆段可以利用光学相机获取火星表面图像,并提取星表特征点、陨石坑、山脊、沟壑等作为导航陆标,通过跟踪这些特征并结合惯性导航信息,可以对自己的位置、速度、姿态等进行估计,从而完成精确着陆。


辽宁科技大学

火星探测车上的“中国制造”


“天问一号”火星探测车上的光学窗组件材料的无色透明聚酰亚胺(CPI)膜,是由辽科大胡知之教授的团队研发生产出来的。


这一响当当的“中国制造”产品不仅打破了国外在该高端电子品产业领域的技术和产品垄断,填补了国内空白,更让我国在航天航空材料领域,在国际舞台上见证了中国骄傲。


这种比一根头发丝还薄的CPI宽幅薄膜,是我国航空、航天领域的核心关键材料。它能耐-200—300度的低、高温,无色透明、柔韧性超强。


这种自主生产的CPI薄膜产品作为核心的光学材料,不仅被用在了“天问一号”火星探测器上,而且还将被用在探月计划的“嫦娥五号”的温控组件上,为我国的航天航空领域提供材料保障。


曾几何时,在高端电子品产业领域这一高精尖的技术和材料一度被日本、韩国、美国等国家垄断。但从2006年开始,胡知之教授带领的科研团队啃起了这块“硬骨头”。


历经十年,他们终于研制成功出这种幅宽1米的无色透明耐高温的工程化的聚酰亚胺膜。在该生产领域的“卡脖子”问题被胡教授团队成功破解,填补了国内该领域的空白。



胡知之教授团队(图源:辽宁科技大学新闻网)


香港理工大学

两支跨学科团队参与其中


香港理工大学有两支跨学科科研团队参与其中,分别为火星着陆区的地形测量和评估,以及落火状态监测相机(即火星相机)的研制作出贡献。


理大校董会主席林大辉博士说:“火星探索计划任务艰巨,是次壮举证明中国在深空探测方面的技术和能力。理大的科研团队会继续为火星探测计划作出贡献,并祝愿整个探测计划取得圆满成功。”


理大校长滕锦光教授表示,理大也已于近日成立了由容启亮教授领导的深空探测研究中心,将继续不遗余力支持更多航天技术的研发,致力以科研力量贡献国家发展。


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从我国第一代传输型侦察卫星、第一代长寿命实时传输对地观测卫星,到我国第一颗月球探测卫星,再到如今火星探测任务着陆火星取得圆满成功……蜂考认为我国航天事业从无到有、由弱变强,高校科研力量功不可没!


在这场关于“航天”的考试中,毫无疑问,中国交出了令人满意的答卷。蜂考在此祝愿中国航天员向着浩瀚无垠的宇宙,继续勇往直前!


来源:软科、新华日报、央广网科学网、黑龙江日报、半岛网、各高校官网官微等