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2021年02月11日
【安徽网】去火星过年!“天问一号”今夜被火星“捕获” 中国科大载荷工程师刘凯独家解读火星磁强计的深空任务

新安晚报 安徽网 大皖客户端讯 2月10日晚间,农历除夕前夕,执行我国首次火星探测任务的“天问一号”探测器进行近火制动,在“刹车”后被火星“捕获”。发动机工作约15分钟后,探测器顺利进入近火点高度约400千米、周期约10个地球日、倾角约10º的大椭圆环火轨道,成为我国第一颗人造火星卫星,实现此次任务“绕、着、巡”目标的第一步,成功开启环绕火星模式。

去年七月,中国科大独立研制的火星环绕器有效载荷火星磁强计随“天问一号”成功发射。作为研发团队骨干成员之一,中国科大“天问一号”载荷工程师刘凯副研究员当天接受了新安晚报 安徽网 大皖客户端记者的独家专访,解读探火背后的科学目标。

设备各方面情况非常“健康”

“冥昭瞢暗,谁能极之?”2300多年前,我国浪漫主义诗人屈原用长诗《天问》,向宇宙洪荒、天地自然发问。神秘而璀璨的星空,自古以来就令生活在地球上的人们充满好奇与向往。

2020年7月23日12时41分,我国首次火星探测任务“天问一号”探测器升空,飞行2000多秒后探测器成功进入预定轨道,开启奔火之旅。此次近火制动成功,对于“天问一号”火星探测任务可谓迈出重要一步。

记者了解到,火星探测器由环绕器和着陆巡视器组成,其中环绕器携带着陆巡视器完成地火转移飞行和近火制动,进入环火轨道后择机释放着陆巡视器,并开展环绕科学探测等工作,而着陆巡视器则需要实现火星表面软着陆、分离释放火星车、开展巡视探测等任务。

刘凯告诉记者,中国科大独立研制的火星磁强计位于环绕器上,此次并不会着陆到火星上。待今年五月左右着陆巡视器释放后,将正式开展工作,加电开机探测,直到使命结束。

“我们的磁强计有一个很长的伸杆,像天线一样,为了保证探测器的飞行状态不受影响,目前是处于压缩收紧状态。”经过200多天的漫长飞行,火星磁强计大部分时间都在“沉睡”,只在一些关键节点,如发射、长时间飞行等情况下,被“唤醒”过三次完成载荷的自检工作,确认能否在深空环境下正常工作。刘凯说,目前设备各方面情况都非常“健康”。这次制动成功之后,根据计划,或将再次进行载荷自检工作。

适宜人类的居住地需要磁场存在

火星是离太阳第四近的行星,与地球邻近且环境最为相似,是人类走出地月系统开展深空探测的首选目标。记者了解到,“天问一号”火星环绕器共配置7台科学载荷,在奔赴火星期间将开展火星大气逃逸机制等科学研究,环绕火星时将开展火星全球和综合性科学探测任务,火星磁强计就是其中之一。

那么它的探测任务到底是什么?如果用一句话进行概括,刘凯说就是测量火星的空间磁场环境。磁场环境到底有多重要, “我们人类之所以在地球上繁衍,就是因为有磁层在保护着我们。”刘凯打了个比方,电影《2012》描述了一个太阳活动异常,地球磁场被太阳风剥离,地球遭遇了毁灭性打击的灾难场景。“有了磁场的存在,大气层才能够牢牢固定在地球表面,我们才有了呼吸的空气,维持人类的生存。”不仅如此,磁层可以保持水在大气层循环,另外有了大气层还能保护地球不受到太阳风暴、陨石等外界空间的冲击,我们生活的地球才不会像月球表面一样被砸得坑坑洼洼的。

这样一来,探测火星磁场的意义就不言而喻了。大量的科幻作品认为火星以前有人类文明,根据现在的观测,火星的岩石上还有很多剩磁,空间也有一些感应的磁场。刘凯认为,未来,我们想把火星打造成适宜人类的居住地,无论是自发的建立,还是有方法去改造环境,都必须要有磁场的存在。

进一步来说,此次火星磁强计的主要科学探测任务就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。

未来或给火星绘制“磁场图”

其实,身负“重任”的火星磁强计只有几公斤重,是个名副其实的“小而精”。刘凯告诉记者,不论是“天问一号”深空探测器还是近地卫星,能够测量科学数据的载荷,都会有重量和功率上的限制。尤其是“天问一号”需要飞行长达七个月才能抵达火星,对燃料和太阳帆板的电池容量都会进行精确计算,载荷超重就有可能影响整体的飞行。

火星磁强计实物图

虽然块头很小,一旦正式工作,火星磁强计长达3米多的伸杆就将展开。刘凯解释,火星探测器是在地面建造的,作为一个电磁系统本身就有很强的磁场。因此,为了减少干扰,所以设计了足够长的伸杆,这样一来就可以从数据中识别并剔除出探测器本身的影响,从而更加准确探测记录火星环境磁场数据。

记者了解到,火星磁强计的设计寿命长达两年,实际的工作时间或将超过两年。“它会一圈一圈地测量火星的磁场,未来将给火星绘制了一个磁场图。”刘凯说,想绘制一张完整的磁场地图,仅凭“天问一号”的努力还不够,需要结合多方的数据进行观测。

因为火星上的磁场不是很稳定,容易受到太阳风暴等因素影响,科学家还将结合火星车的磁强计的数据进行联合观测,建立一个从天到地的磁场变化。“未来在天问一号成功的基础上,我们还想在后续任务上搭载磁强计,继续了解深空磁场情况。”

中国科大参与深空奥秘探索

如今,火星被视作除地球外有可能孕育生命的星球之一,也被认为是未来人类最有可能移居的行星,这些都吸引着多个国家去探索这颗神秘星球。国际火星探测已取得了丰富成果,发现了曾经有水、甚至现在还存在水的若干证据,极大激发了人们在火星寻找生命的热情,也成为当前国际深空探测的热点,吸引着科学家们不断贡献智慧。

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。该平台同时隶属于中国科学院近地空间环境重点实验室和中科院比较行星学卓越创新中心,由汪毓明教授从2012年起开始牵头组建,主要研制两类空间有效载荷:一是空间低能粒子探测器,二是空间磁场探测器。其中,火星磁强计载荷研制的主要负责人为张铁龙教授,参与的骨干有郝新军、李毅人、潘宗浩、刘凯、陈满明和李新等人。

刘凯告诉记者,张铁龙教授曾担任欧洲空间局 “金星快车”上磁强计的项目负责人,也是天问一号火星磁强计项目负责人和主任设计师,在科研攻关中不断推进磁场探测技术在深空的应用。

对于科学家们来说,约3个月后的着陆是又一关键时刻。“天问一号”的着陆点,是火星北半球的乌托邦平原。不过,近火制动后,它还要绕火星科学考察飞行3个月左右,对着陆区进行初步探查,才能在气候条件好的时候择机着陆,届时也是火星磁强计开始工作的时间。

“这次制动成功,整体任务就取得了节点性的胜利。”刘凯表示,他们也将为接下来的工作积极准备。

新安晚报 安徽网 大皖客户端记者 陈牧


《安徽网》(2021年02月10日)

http://www.ahwang.cn/newsflash/20210210/2196388.html


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