5月15日，執(zhí)行我國首次火星探測任務(wù)的天問一號探測器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)著陸，邁出了我國星際探測征程的重要一步。后續(xù)，祝融號火星車將依次開展對著陸點全局成像、自檢駛離著陸平臺并開展巡視探測。

火星探測器應(yīng)急信標裝置研制團隊負責人、副總設(shè)計師、南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院(以下簡稱“南航航天學(xué)院”)副院長王寅走出北京航天指揮控制中心的觀測現(xiàn)場時，仍難掩激動和喜悅：“心情非常激動!在探測器著陸的時候，所有人都鼓掌擁抱!”

中國首創(chuàng)“會打電話的黑匣子”

王寅所帶領(lǐng)的團隊研制的應(yīng)急信標裝置能在天問一號探測器非預(yù)期著陸時傳輸數(shù)據(jù)，就像是個“會打電話的黑匣子”。

王寅介紹：“火星探測器信標裝置是世界上首個航天器應(yīng)用的應(yīng)急通信載荷，它的主要功能和飛機上的黑匣子相似，但是又有所區(qū)別。飛機上的黑匣子不能主動傳輸數(shù)據(jù)，只能發(fā)送一個定位的信號，用于被搜索。而信標裝置可以發(fā)送關(guān)鍵的數(shù)據(jù)和信號，被火星的環(huán)繞器接收，解讀其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。”

應(yīng)急信標裝置要在天問一號著陸火星時抵抗高強度的沖擊，要能在火星零下一百三十度的環(huán)境下生存好幾天，在體積盡可能小的同時還要保持通信暢通，這是中國獨創(chuàng)的設(shè)計。

“這是對研制團隊極大的技術(shù)挑戰(zhàn)。信標裝置測控系統(tǒng)的模塊和同類型的產(chǎn)品相比，重量上要求減小20倍以上。在這樣一個極小的空間里面，我們做得越小就越難。”王寅說，“這是一個結(jié)構(gòu)、尺寸、材料相互組合和優(yōu)化的創(chuàng)新過程。材料的特性選擇不同，材料的尺寸不同，最后它對于沖擊的吸收能力也是不一樣的。另外，保溫和抗沖擊是兩個相反的需求。要想保溫，材料就要比較柔軟，就像羽絨服一樣，非常軟但是不能抗沖擊。要想抗沖擊就需要堅硬的材料，但保溫性能就比較差。怎樣在這兩種需求中找到平衡點，是一件非常困難的事情。”

面對困難義無反顧

在南航航天學(xué)院的實驗室里，記者見到了應(yīng)急信標裝置的試驗件。它不到4公斤，像個精致的小保溫桶，在成型之前，經(jīng)歷了無數(shù)次的更新迭代。

電子系統(tǒng)是應(yīng)急信標裝置的中樞神經(jīng)，不能出一絲差錯。南航航天學(xué)院副教授王小濤就是負責這個“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”的主任設(shè)計師。要在不到兩年的時間里完成一個沒有可借鑒先例、一切從零開始的超高難度任務(wù)，看似不可能，但火星探測器系統(tǒng)總指揮、總設(shè)計師顧問、南航航天學(xué)院院長葉培建院士打下的“強心針”讓這支平均年齡30歲出頭的年輕團隊在面對困難，甚至是危險時仍然義無反顧。

“2019年年初，葉院士在我們整個火星項目團隊開會時強調(diào)，我們年初的時候一定要堅定信念，就是我們一定要成功。只有這樣，經(jīng)過一年的不斷努力，我們才必定能成功。”王小濤回憶。

高速沖擊實驗要用火炮發(fā)射信標，來模擬火星探測器異常著陸時的速度，保證信標在高速沖擊下內(nèi)部結(jié)構(gòu)不散架，安全完成信息傳輸任務(wù)。團隊負責人王寅說：“這個實驗整整做了一個月。炮管的口徑和信標的尺寸不匹配，為了解決這個問題，最后我們給信標做了一個外殼，再通過火炮發(fā)射出去。在離開火炮炮管以后，外殼和信標能夠脫離。”

應(yīng)急信標裝置主任設(shè)計師、南航航天學(xué)院副教授張子建透露，曾經(jīng)有一次高速沖擊實驗著實讓他后怕：“當時要近距離拍攝，大家找了一個紙箱子在高速相機前擋著。有一次有個碎石一樣的東西反彈，打到相機支架的鎖扣上，一下子就把鎖扣打沒了。但是你還必須在那兒摁開關(guān)，它只記錄幾秒鐘的時間。”

絕不帶著問題上天

離探測器轉(zhuǎn)運到海南的文昌航天發(fā)射場只有兩周左右的時間，絕大多數(shù)的測試都已經(jīng)完成，就在應(yīng)急信標裝置即將交付時，王寅面臨一個重大抉擇。

王寅說：“最后幾次綜合測試時，我們在信標的通信上發(fā)現(xiàn)了一個小的問題，就是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并不是很完整。由于數(shù)據(jù)是重復(fù)發(fā)送的，并不影響它的使用。當時想到的是，既然數(shù)據(jù)傳輸不完整，那么一定存在問題，不能夠帶著問題上天。但是如果推倒重來，那么后面還需要再次補充測試，留給我們的時間非常少。這在當時是一個非常困難的決定，最后我們還是把信標取回來重新檢測，把問題找出來。”

出現(xiàn)問題的是王小濤負責的電路系統(tǒng)。王小濤說：“當時我們連夜趕到北京去，到了賓館接近12點了，但是大家都沒有休息，直接動手去連接調(diào)試。結(jié)果測了一天一夜，總覺著它沒有問題，但是后來繼續(xù)測就發(fā)現(xiàn)和正常的不太一樣了?；氐侥暇┖罄^續(xù)變化條件反復(fù)測，每天都要測好多遍，最終找到了電磁兼容的一個關(guān)鍵地方。后來我們把通信的協(xié)議稍微修改了一下，就再也沒有出現(xiàn)問題了。”

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