天问一号成功着陆火星丨“祝融”号火星车真正的“眼睛”, 原来在这里!

   

还记得1月8日，中科院上海技术物理研究所LIBS主管设计师张振强，这位80后的航天人从业10年以来第一次踏进那个神圣的殿堂――北京航天飞控中心。看着4亿公里外的天问一号在轨开机，张振强又激动又自豪。因为那个奔向火星的航天器上，有他亲手打造的“宝贝”：LIBS――火星车的“眼睛”。

“只可惜飞控中心不能拍照。”张振强笑道。

这一回，他再次进入飞控中心，等待天问一号着陆。

火星上有生命吗？火星是如何形成的？和地球的地质有什么不同？

从天问一号踏上火星那一刻开始，张振强和他的同事们，将要随时接收那双“眼睛”获取的信息，探索这些未知的秘密。

 

火星车的“火眼金睛”

给火星表面“扎针”

 

天问一号火星车的“车头”，是一个重达15.7千克的重要的载荷，几乎是火星车总载荷重量的一半。它就是上海技物所研发的，探测火星表面物质成分的装备LIBS（激光诱导击穿光谱仪）。

如果形象一点比喻，这个LIBS就像火星车的“眼睛”。当然了，火星车上还有专门的像头，但那只是拍照用的。对火星车来说，观光旅游、打卡拍照不是它的主要任务，研究火星的土壤成分、地质演变过程，高精度科学测量才是正事。

而真正能洞穿火星地表的“火眼金睛”，正是这个LIBS。它工作起来很有意思，先发射激光，打在火星地表上，瞬间把地表物质激发成等离子体，然后通过探测等离子体的光谱，来分析岩石的元素成分。

但你也别以为这个画面像星球大战里的激光大战一样热血沸腾，火光冲天、飞石满地的场面是不存在的，因为那束激光会聚焦在针尖一样的小点上，直径大约只有0.2毫米。

这精准的聚焦，还是自动的，技术含量极高。因为，火星车工作的时候，没有人可以“帮忙”。“这个自动精确聚焦的功能，难度极大，花了我们很长时间研发。”

这么看起来，LIBS又象一个“针灸大师”，不停地给火星表面“扎针”。

“LIBS设备以前也有，但这是中国第一次把它用在深空探测中。“张振强说，“这就给我们的研发带来了巨大的挑战，因为这意味着它要能在极端环境下生存。”

这是4亿公里的漫漫长路。从发射起飞开始，火星车上的载荷就要面对超重、失重等复杂的力学环境。接着进入了太空，8个多月的地火转移的真空旅途中，要经受宇宙辐射、长期低温。等到了火星开始正式搬砖，工作环境也非常恶劣。火星昼夜温差巨大，白天最高温度50氏度，晚上零下130氏度。在这样极端的环境里，设备还能不能正常运转？会不会冻住？

 

模拟小太阳地面测试

 

“其实我们都没有去过火星，仅能从现有的资料去推算。“张振强说，“预计会遇到怎样的环境，判断出量级，然后进行‘加严处理’。”

什么是加严处理呢？比如耐高温的话，火星最高温度50氏度，研究人员设计的载荷就得耐得住60氏度。“游刃有余了才行。”

为此，上海技物所里专门设计了一个真空罐子，大约像家用轿车后备箱那么大，这罐子里的世界就是个“迷你火星”，真空和热辐射都给模拟上。研究人员做好的仪器，就放到里面去做实验。

 

“归零者”的毅力

攻克未知会让人上瘾

 

在航天界，有一个让人头皮发麻的词，叫“归零”。它的意思是：推倒重来，从头分析。

因为航天人们面对的，往往都是从未有先例的新技术、新工艺、新挑战。

“全新的东西，就意味着有很多坑，时不时就会掉进去。“张振强说，“所以我们总是会面对一些过不去的坎儿，然后不得不‘归零’，从头来过。”

更要命的是，航天任务又是一环扣一环，时间节点明确，让研究人员终日承受着压力。

在研发LIBS的时候，张振强就当过“归零者”。那是2017年的夏天，距离最近的一个“死线”只有3个多月，然而张振强手上的二维指向镜，始终达不到技术要求，“总是差那么一点点。”

于是他来了一次自我归零。“从头开始分析，就像刚刚接触它一样，一点点抠细节。“张振强说，”如果整体构架没有问题，就在每个节点都去追求极致，最终达成目标。“

那段时间他心里就像有一堵墙，为了攻克难题经常忘记吃晚饭，在实验室里一呆就是一整天。

“其实，这种征服未知的感觉，是会让人上瘾的。“张振强说。

他记得所里的同事们，无论领导还是新人，常常会在晚上开会，就像学生时代上课一样，有的人在黑板上写，所有人都参与讨论，各抒己见。等到大家唇枪舌战一晚上，忽然柳暗花明，找到了有希望解决问题的思路时，窗外太阳已经升起了。

“这时候回家补个觉的感觉，特别爽！“张振强笑道。

当然了，家人是不会爽的，回家往往会面对老婆的吐槽：“又通宵了？”

 

女儿是宝贝

载荷也是宝贝

 

张振强的朋友圈里，时不时有晒娃的照片。他不到2岁的宝贝女儿，出生于2019年4月4日，而LIBS“交货“的时间，是4月24日。

“等于说妻子怀孕期间，刚好就是我们研发最紧张的时候，特别愧疚。”张振强说，“产检都是她自己一个人做的。孩子生下来第二天，老婆发现我又不见了，跑回研究所了。连领导都说我，哎你不能这样，家里还是要顾的。”

不过他妻子也很理解，呱呱坠地的女儿是宝，那个即将飞向火星的载荷也是丈夫的另一个“宝”。

张振强很清楚地记得正样交付那天，站在楼梯旁，隔着玻璃目送那个“宝贝”远去，心里说不上来的滋味，仿佛嫁女儿一样。

几个月后，看到天问一号发射升空，全家人跟他一样“膨胀”，这时候老婆终于扬眉吐气，可以和朋友们吹大牛了：“看，这上面有我老公参与研制的宝贝！”

其实，张振强会进入航天界，就是因为从小跟家人一起看神舟飞船发射。“全家人总是会坐在电视机前一起看直播，新闻里会有专家来讲解，当时虽然看不懂，但是非常向往。”张振强说，“我就想将来是不是也有机会能参与其中，发挥自己的一点力量。”

结果他如愿进入了中科院的研究所，在上海技物所里，有嫦娥、天问、墨子号、空间站等一系列航天任务。张振强坦言，如今的工作简直就跟他梦想中的完全契合。

“火星探测任务是我全程参与的。而现在，空间站任务早已开始。”张振强说。

新的任务周期，又是一个个不眠夜。“如果热爱，就会有满满地动力和满足感。”

因为，就像张振强给钱江晚报的小读者们写下的那句：“茫茫宇宙，等着我们去探索！”

 

 

中国科学院上海技术物理研究所

 

简称上海技物所，创建于1958年10月，是集基础研究、工程技术研发和高新技术产业化为一体的综合型研究机构。上海技物所以红外物理与光电技术研究为定位，以红外光电新材料、新器件、新方法等作为主要研究方向，重点发展先进的航空航天有效载荷、红外凝视成像及信号处理、红外焦平面及遥感信息处理等技术。上海技物所着眼于国家重大战略需求，参与或主导风云系列气象卫星，墨子号科学卫星，嫦娥、高分、天问及空间站等重大科研项目，针对相关技术领域的特点，已形成具有自身特色的、覆盖“基础前沿―核心组部件―系统集成”完整研发体系。现有中国科学院院士6人、中国工程院院士2人、国际欧亚科学院院士1人（兼）等。研究所出版《红外与毫米波学报》、《红外》等学术期刊。