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火星表面成分探測(cè)儀地面光校調(diào)試??中科院上海技物所供圖

火星礦物光譜分析儀標(biāo)定調(diào)試??中科院上海技物所供圖

6月11日，國家航天局公布了“祝融號(hào)”火星車拍攝的首批科學(xué)影像圖，標(biāo)志著我國首次火星探測(cè)任務(wù)取得圓滿成功。在這輛火星車上，搭載著由中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所（以下簡稱上海技物所）承擔(dān)研制的科學(xué)有效載荷——火星表面成分探測(cè)儀。

除了火星表面成分探測(cè)儀外，上海技物所還承擔(dān)研制火星環(huán)繞器上的火星礦物光譜分析儀，使該研究所成為唯一承擔(dān)兩個(gè)有效載荷研制的科研機(jī)構(gòu)。

上海技物所副所長、月球與深空探測(cè)系列載荷指揮舒嶸介紹，火星表面成分探測(cè)儀將對(duì)著陸區(qū)的火星表面元素、礦物和巖石開展高精度的科學(xué)探測(cè)，“于6月4日開機(jī)，5日成功下傳第一組數(shù)據(jù)”。而火星礦物光譜分析儀已于2月28日開機(jī)，對(duì)預(yù)選著陸區(qū)域進(jìn)行了多次探測(cè)。

《中國科學(xué)報(bào)》記者統(tǒng)計(jì)，上海技物所為了更好地完成這次火星探索任務(wù)，創(chuàng)造了一系列“首次”。

“真槍實(shí)戰(zhàn)”那一刻的期待與緊張

火星表面成分探測(cè)儀開機(jī)前，舒嶸團(tuán)隊(duì)擔(dān)憂，它跟隨“祝融號(hào)”火星車經(jīng)過“長途跋涉”后，身體是否完好，能否“聽話”……成功下傳數(shù)據(jù)前，他們又擔(dān)憂，數(shù)據(jù)回傳的過程是否順利……

其實(shí)，舒嶸團(tuán)隊(duì)前期已進(jìn)行無數(shù)次模擬實(shí)驗(yàn)，但當(dāng)“真槍實(shí)戰(zhàn)”時(shí)，也難掩內(nèi)心的緊張與期待。

實(shí)際上，“祝融號(hào)”火星車降落的那一刻才是他們最為緊張的時(shí)期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，火星車成功降落火星表面的成功率僅有50%。即使火星車成功降落，火星表面成分探測(cè)儀經(jīng)過落火時(shí)的熱沖擊后狀態(tài)如何？附在火星車外側(cè)且重量占火星車載荷超過1/2的探測(cè)儀是否又經(jīng)得住火星上晝夜溫差大的考驗(yàn)？

答案在6月4日揭曉。當(dāng)天，火星表面成分探測(cè)儀正常開機(jī)并在次日成功下傳第一組數(shù)據(jù)，舒嶸團(tuán)隊(duì)成員異常興奮與激動(dòng)。

“開機(jī)后，探測(cè)儀對(duì)鈦樣品板進(jìn)行了標(biāo)定，并對(duì)‘祝融號(hào)’火星車附近的火星巖石進(jìn)行了探測(cè)?！笔鎺V表示，目前探測(cè)儀遙測(cè)數(shù)據(jù)正常，工作狀態(tài)穩(wěn)定。

2.5至3.4微米高光譜具備探測(cè)水分子能力

天問一號(hào)對(duì)預(yù)選著陸區(qū)的分析，需要火星礦物質(zhì)光譜分析儀等載荷的幫助?！爸懬?，火星礦物質(zhì)光譜分析儀所獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)有助于判斷著陸區(qū)的礦物質(zhì)成分及其分布?！鄙虾＜嘉锼芯繂T、火星礦物質(zhì)光譜分析儀主任設(shè)計(jì)師何志平介紹，當(dāng)天問一號(hào)進(jìn)入環(huán)火軌道后，分析儀于2月28日第一次開機(jī)。

隨后，火星礦物質(zhì)光譜分析儀先后多次開機(jī)，成功獲得了科學(xué)數(shù)據(jù)，為在火星上留下“中國印記”作出了貢獻(xiàn)。

《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)得知，這臺(tái)載荷擁有國際先進(jìn)的光譜探測(cè)能力，光譜探測(cè)范圍可達(dá)到0.378微米至3.425微米，探測(cè)譜段多達(dá)576個(gè)?！坝绕湓?.5微米至3.4微米高光譜探測(cè)，是我國首次在空間驗(yàn)證應(yīng)用?！痹诤沃酒娇磥?，該譜段的價(jià)值大，具備探測(cè)水分子能力。

他進(jìn)一步解釋道，在過去的空間對(duì)地探測(cè)任務(wù)中，由于上述譜段被地球大氣吸收，所以從未應(yīng)用該譜段對(duì)地遙感觀測(cè)。

火星礦物光譜分析儀在1微米至3.4微米譜段的探測(cè)中，碲鎘汞探測(cè)器需要經(jīng)得住200℃溫差考驗(yàn)?！熬拖癜褍x器扔入火爐，再扔到冰塊，循環(huán)往復(fù)。”上海技物所副研究員、火星礦物光譜分析儀紅外面陣探測(cè)器主管設(shè)計(jì)師周松敏比喻。

按照設(shè)計(jì)要求，研究人員需要開展500次循環(huán)壽命試驗(yàn)，但他們?yōu)榱耸蛊涓玫剡m應(yīng)“冰火兩重天”的火星環(huán)境，在地面進(jìn)行了多達(dá)2000次試驗(yàn)。

但火星礦物光譜分析儀還沒有正式開展科學(xué)探測(cè)任務(wù)?！昂罄m(xù)，當(dāng)天問一號(hào)進(jìn)入科學(xué)探測(cè)軌道后，分析儀才正式工作?！焙沃酒秸f，他們也期待分析儀能有更多的發(fā)現(xiàn)。

外國研究機(jī)構(gòu)專門分析他們的技術(shù)方案

火星表面成分探測(cè)儀的工作流程是先用超高清相機(jī)“導(dǎo)航”，研究人員發(fā)現(xiàn)感興趣的目標(biāo)后，再綜合考慮太陽高度角及溫度等因素給探測(cè)儀發(fā)出指令，它就可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)工作。

但不同于月球探測(cè)，研究團(tuán)隊(duì)這次結(jié)合了主動(dòng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜探測(cè)技術(shù)和被動(dòng)短波紅外光譜探測(cè)技術(shù)。而前者是我國首次在太空使用。

舒嶸介紹，主動(dòng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜探測(cè)就是從載荷上打出一束激光，利用高達(dá)上千攝氏度的瞬間溫度，將火星表面物質(zhì)激發(fā)出等離子體，通過探測(cè)火花的光譜成分、氣體成分等，高精度地分析出火星表面元素成分，“可以分析出元素周期表中的絕大部分元素”。

“在12個(gè)定標(biāo)板中，采用了一個(gè)法國的定標(biāo)板，我們的數(shù)據(jù)可以與國際上既有數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證?！痹谑鎺V看來，這也是首次具有實(shí)質(zhì)性的國際合作。

除了首次應(yīng)用主動(dòng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜探測(cè)技術(shù)外，研究團(tuán)隊(duì)在火星表面成分探測(cè)儀上首次實(shí)現(xiàn)了0.9微米至2.4微米波段的自研銦鎵砷探測(cè)器的航天應(yīng)用。

上海技物所研究員、銦鎵砷探測(cè)器項(xiàng)目組成員邵秀梅介紹，該探測(cè)器可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，而以往任務(wù)的銦鎵砷探測(cè)器探測(cè)波段只有0.9微米至1.7微米，但火星探測(cè)需要到2.4微米?！斑@一波段的探測(cè)器通常需要在低溫條件下工作，而我們研制的銦鎵砷探測(cè)器可以在室溫下滿足靈敏度的要求?！?/p>

邵秀梅表示，美國、土耳其等研究機(jī)構(gòu)曾引用他們項(xiàng)目組的多篇論文，專門來研究分析其技術(shù)方案。

據(jù)悉，上海技物所這兩臺(tái)載荷繼承了嫦娥探月工程相關(guān)載荷研制任務(wù)的經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)，對(duì)探測(cè)火星表面元素與礦物成分等具有重要意義，將為火星形成、地質(zhì)演變研究提供重要科學(xué)依據(jù)。


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