高能泪目,这样的大片该多来一点

战国时期,诗人屈原写下千字长诗《天问》,内容从天地离分、阴阳变化和日月星辰等自然现象,到神话传说、圣贤凶顽和治乱兴衰等历史故事。可谓宏阔波澜,万古至奇。

2021年5月15日夜,中国的火星探测器“天问一号”成功着陆火星。

就在我们当下读到这篇文章的时候,火星车“祝融号”正冒着风沙,行走在凹凸不平的火星地表上。

举头问天这个行为,在华夏五千年漫长的历史长河中,一代用一代的方式重复着、实现着。

或是为了自身的悲喜,或是为了庞大的宇宙,或是为了国家社稷。

“举杯邀明月”之后,这一站,是火星。

最近,央视推出的纪录片《下一站,火星》便讲述了中国首次火星探测任务的全过程。

01

去火星很难吗?

很难。

从二十世纪六十年代开始,人类的火星探索史,只有短短的六十余年。而在这数十年中,共有15次火星着陆任务成功进入了火星大气层,但其中只有八次任务成功着陆并顺利开展探测任务。

金星探测的成功率约为77%,月球探测成功率为76%。火星凭借50%的成功率,荣获“探测器坟场”之称。

与此同时,火星与地球之间的距离,最远的地方超过4亿公里。而我们晚上抬头就能“邀”到的明月,离地球大概是36.3-40.5万千米。

地火距离是地月距离的几百倍。

所以,从地球到月球,几天就能到达;而从地球到火星,路上要独自走整整七个月。

打个比方说,“天问一号”的这次长途飞行,相当于从北京把一颗豌豆,扔到法国巴黎的碗里,难度可想而知。

扔进去了,这还只是开始。

“天问一号”还要一口气完成环绕、着陆和巡视“一键三连”,难上加难,真的是“比登天还难”。

所以,分散在全国各地的顶尖科研团队,为这次“登火”几乎是殚精竭虑,前前后后筹划了整整六年。

这里还要提一点,那就是“天问一号”在深空的大多数时间内,是无法被远程协助的。

虽然中国深空探测器在佳木斯站、喀什站和海外测控站都有部署,致力于完善一个几乎无死角的深空通信网络。

但由于火星距离地球实在是太远了,通信信号单程传输就需要约18分钟,来回就是36分钟,延时过大,几乎不可能实现实时操作。

相当于开一局游戏,队友都死了,我才大喊“请求集合”。

这就意味着,天问一号大多数情况下都需要独自工作规避延时。

航天工作者们这六年的日日夜夜,就像在培育一个成熟的孩子,并使这个孩子在唯一一次“进火赶考”中拔得头筹。

在那些科学家们只能焦急等待的时刻中,天问一号披荆斩棘,一路向前。

比如,2021年9月下旬,地球和火星运行到了太阳的两侧,强烈的太阳电磁辐射,阻断了指挥台和“天问一号”之间的通讯(日凌现象),探测器直接失联了半个多月……

再比如去年的腊月二十九日夜里,天问一号进行“近火制动”,但大部分的刹车轨道在火星背面,信号被火星遮挡,进入“星掩区”。

具体的操作结果,地面只能等到三十分钟之后得知。这“失联”的三十分钟,科学家们在“考场”外心急如焚,直到好消息传来才松了一口气。

而其中最困难惊险的时刻,无疑就是探测器着陆火星的那“黑色七分钟”了。

在着陆的这短短几分钟内,地球上的人们可能在喝咖啡,可能在坐地铁,可能在翻几页书,但以6倍子弹速度(4800m/s)闯进火星大气的探测器,需要完成高温灼烧、超音速开伞、悬停避障等一系列复杂动作…

历史上,有近一半的火星登陆任务都在着陆这一环节折戟沉沙。

这是因为火星比地球要轻很多,地心引力也相对弱一点。

再加上火星地面凹凸不平,情况不明,环境波动大,所以科学家们只能借助几次成功登陆传回地面的照片在进行上百万次模拟实验,以保证探测器能平稳落地。

风大了一点,降落伞打开时抖动强烈了一点,落地时正好落在一片坑坑洼洼里……在整个过程中,任何一丝一毫的差错都有可能前功尽弃。

在这之前,就有分析认为,欧空局的“斯基亚帕雷利号”可能就是在这个环节,由于剧烈晃动造成陀螺仪失效,导致着陆器坠毁……

02

为了保证“天问一号”和“祝融车”成功完成环绕、着陆和巡视任务,航天人们一次又一次地突破着极限,寻找着“最优解”。

着陆器落地时,发动机喷口温度会达到一千多摄氏度。能保证周边设备完好运行,就必须要有一种隔热设施。

仅仅是隔温材料,一实验就是上百次,尝试了几十种配方。

哪怕是保证降落伞顺利稳定打开,都需要经历百万次的模拟。

而为了给地面传输清晰的、可供研究分析探测的资料,也为了天问一号能够在火星上实现自主探测,拍照的高分相机,镜头分辨率需达到0.65米。

就好比要在长春市中心,拍清楚沈阳街头的人行横道。

这种超高分辨率,常常意味着更长的焦距,相机的长度也更大,重量也更大。

但天问一号身上几乎是“寸土寸金”,长度和重量的增加势必会带来更大的风险。

所以,科学家们就发明了一种“折叠光线”的方法,来抵达相机长度和重量的物理极限。

除此之外,负责探测任务的火星车“祝融”,需要在火星表面行走。而火星表面的地貌,类似于地球上的戈壁、荒漠。

土壤颗粒大小和头发丝差不多,遮天蔽日的沙尘暴,有时会持续数月,环境十分恶劣。

要在这样的地面上行走,“翻车”的可能性非常大。

为了在陌生的环境中实现自主行走,“看清楚”很重要,所以工程师给火星车设计了三对“眼睛”。

一对导航地形相机,用来做地形探测和路径规划;两对避障相机,前后各一对。

行走方面,设计师则受到尺蠖和螃蟹的启发,给“祝融号”设计了两种运动模式。

“蟹形运动”时,火星车灵活的轮子,可以绕开前方障碍,横向行驶。

“尺蠖(huò)运动”时,火星车的前后六个轮子则交替前进,避免单个车轮出现沉落。

行走的问题解决了,那么动力问题也亟需克服。

火星车在火星上使用的是可再生的太阳能,所以我们看到祝融号上有大面积的太阳能板。

但问题在于火星上沙尘异常严重,一不注意面板上就布满灰尘。这样会导致车输出功率降低。

2018年,就因为一场特大沙尘暴,美国“机遇号”的太阳能板被沙尘全部覆盖,导致火星车能源中断,与地球永久失联。

所以,必须要想办法清除沙尘。

科学家们前后想了包括雨刷器、给太阳能板贴保鲜膜等数种方案,但都因为存在风险被排除。

最后,设计师受到“微风吹动,荷叶摇摆,水滴滑落”的启发,给太阳能板涂上一层薄薄的特殊材料。等太阳能板竖起时,沙尘就会轻松滑落。

问题解决了。

身披四块深蓝色太阳能板的祝融号,像极了一只蹁跹在火星上的蓝色蝴蝶。

在它的额头,有一个火红色“纹身”,那是用宋代九叠篆印章复制下来的“火”字。

祝融是中国古代神话中的火神,火的应用促进了人类文明的发展,驱散黑暗,带来温暖。

“祝融号”则寓意着点燃中国星际探测的火种,指引航天人不断超越自我,逐梦星辰。

中国人特有的浪漫,在星际之间荡漾。

03

2021年5月15日7时18分,“天问一号”着陆巡视器成功着陆。

航天指挥大厅内的掌声经久不断。

一位设计师说“我等了一夜没合眼了”。

话音未落,身旁传来一句:“这一天我等了整整六年了”。

是的,六年。

这六年中,2000多个日日夜夜的无数次实验和演示,无数次探索和突破。

是航天人们与家人的聚少离多,是头发的日渐脱落,是青春的一去不回,是热爱的反复吟诵。

那一刻,平日里不苟言笑的“天问一号”总设计师张荣桥,匆匆离开指挥大厅。

镜头跟了过去,却发现他湿了眼眶,一边落泪,一边说着“男儿有泪不轻弹”。

上海天文台的工程师刘庆会,55岁头发就白了一大半,通宵达旦对于他来说是家常便饭。

常年的高强度工作,让他罹患心梗,在第二次心脏支架手术前,他仍放心不下“天问一号”,强撑着来到了工作台前。

设计师王卫华对着镜头,含着眼泪带着笑说,自己的头发,一大半都是这六年里“走掉”的。

常常有人会问,为什么呢,为什么非要去月球去火星呢,有这个钱为啥不拿来做别的?

中国探月工程总指挥叶培建院士在中央电视台节目上早已给出了答案:

“宇宙就是个海洋,月亮就是钓鱼岛,火星就是黄岩岛,我们现在能去,我们不去,将来的后人要怪我们。别人去了,别人占下来了,你再想去都去不了。”

千年前,屈原发出《天问》:遂古之初,谁传道之?

千年后,中国人既脚踏实地,又举头问天,征服宇宙。

这是不敢居于人后的毅力和勇气,是敢与天公试比高的豪迈与魄力。

当天问一号在寂静的深空回望,为华夏传来地球与月球的合影;

当天问一号拍下自己的自拍照传回地面;

当“祝融”和着陆平台在火星上“合影”;

我们似乎也能够从中得到一种力量,一种回荡于宇宙之间的壮阔力量。

星河璀璨,人世波澜,国家强盛,一往无前。

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