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【中國科學報】他們“智”造“祝融”兩大載荷

2021-06-22 中國科學報 秦志偉 黃辛
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火星表面成分探測儀地面光校調試。

火星礦物光譜分析儀標定調試。中科院上海技物所供圖

  日前,我國首次火星探測任務取得圓滿成功。祝融號火星車上,搭載著由中國科學院上海技術物理研究所(以下簡稱上海技物所)承擔研制的有效載荷——火星表面成分探測儀。此外,上海技物所還研制了火星環繞器上的火星礦物光譜分析儀,成為唯一承擔兩個有效載荷研制的科研機構。

  上海技物所副所長、月球與深空探測系列載荷指揮舒嶸介紹,火星表面成分探測儀對著陸區的火星表面元素、礦物和巖石開展高精度的科學探測,“于6月5日成功下傳第一組數據”;而火星礦物光譜分析儀已于2月28日開機,對預選著陸區域進行了多次探測。

  《中國科學報》記者統計,為更好地完成這次火星探索任務,上海技物所創造了一系列“首次”。

  “真槍實彈”那一刻的期待與緊張

  火星表面成分探測儀開機前,舒嶸團隊擔憂,它跟隨祝融號火星車經過“長途跋涉”后,“身體”是否完好,能否“聽話”;成功下傳數據前,他們又擔憂,數據回傳的過程是否順利……

  盡管舒嶸團隊前期已進行無數次模擬實驗,但祝融號火星車降落的那一刻,他們仍十分緊張。經過落火時的熱沖擊后,火星表面成分探測儀狀態如何?附在火星車外側且重量占火星車載荷超過1/2的探測儀,是否經得住火星上晝夜溫差大的考驗?

  答案在6月4日揭曉。當天,火星表面成分探測儀正常開機并在次日成功下傳第一組數據。

  “開機后,探測儀對鈦樣品板進行了標定,并對祝融號火星車附近的火星巖石進行了探測?!笔鎺V表示,目前探測儀遙測數據正常,工作狀態穩定。

  具備探測水分子能力

  天問一號對預選著陸區的分析,需要火星礦物質光譜分析儀等載荷的幫助?!爸懬?,火星礦物質光譜分析儀所獲取的科學數據有助于判斷著陸區的礦物質成分及其分布?!鄙虾<嘉锼芯繂T、火星礦物質光譜分析儀主任設計師何志平介紹,當天問一號進入環火軌道后,分析儀于2月28日第一次開機。

  隨后,火星礦物質光譜分析儀先后多次開機,成功獲得了科學數據,為在火星上留下“中國印記”作出了貢獻。

  據了解,這臺載荷擁有國際先進的光譜探測能力,光譜探測范圍可達到0.378微米至3.425微米,探測譜段多達576個?!坝绕?.5微米至3.4微米高光譜探測,是我國首次在空間驗證應用?!痹诤沃酒娇磥?,該譜段的價值大,具備探測水分子能力。

  而在過去的空間對地探測任務中,由于上述譜段被地球大氣吸收,所以從未應用該譜段對地遙感觀測。

  火星礦物光譜分析儀在1微米至3.4微米譜段的探測中,碲鎘汞探測器需要經受住200攝氏度溫差考驗?!熬拖癜褍x器扔入火爐,再扔到冰塊中,循環往復?!鄙虾<嘉锼毖芯繂T、火星礦物光譜分析儀紅外面陣探測器主管設計師周松敏說。

  多個“首次”

  不同于月球探測,研究團隊這次結合了主動激光誘導擊穿光譜探測技術和被動短波紅外光譜探測技術,而前者是我國首次在太空使用。

  舒嶸介紹,主動激光誘導擊穿光譜探測就是從載荷上打出一束激光,利用高達上千攝氏度的瞬間溫度,將火星表面物質激發出等離子體,通過探測火花的光譜成分、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個定標板中,采用了一個法國的定標板,我們的數據可以與國際上既有數據相互驗證?!痹谑鎺V看來,這也是具有實質性的國際合作。

  除了首次應用主動激光誘導擊穿光譜探測技術外,研究團隊在火星表面成分探測儀上首次實現了0.9微米至2.4微米波段的自研銦鎵砷探測器的航天應用。

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

  邵秀梅表示,美國、土耳其等研究機構曾引用項目組的多篇論文,專門研究分析其技術方案。

  據悉,上海技物所這兩臺載荷汲取了嫦娥探月工程相關載荷研制任務的經驗,對探測火星表面元素與礦物成分等具有重要意義,將為火星形成、地質演變研究提供重要科學依據。

 ?。ㄔd于《中國科學報》 2021-06-22 第4版 綜合)
打印 責任編輯:閻芳

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