8090航天人丨“祝融”号火星车真正的“眼睛”,原来在这里!

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钱江晚报·小时新闻特派记者 郑琳 通讯员 亓洪兴 发自上海 

特别鸣谢:中科院上海技术物理研究所 国科大杭高院

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上海技物所LIBS主管设计师张振强

还记得1月8日,中科院上海技术物理研究所LIBS主管设计师张振强,这位80后的航天人从业10年以来第一次踏进那个神圣的殿堂——北京航天飞控中心。看着4亿公里外的天问一号在轨开机,张振强又激动又自豪。因为那个奔向火星的航天器上,有他亲手打造的“宝贝”: LIBS——火星车的“眼睛”。

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LIBS所在位置

“只可惜飞控中心不能拍照。”张振强笑道。

这一回,他再次进入飞控中心,等待天问一号着陆。

火星上有生命吗?火星是如何形成的?和地球的地质有什么不同?

从天问一号踏上火星那一刻开始,张振强和他的同事们,将要随时接收那双“眼睛”获取的信息,探索这些未知的秘密。

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火星车的“火眼金睛”

给火星表面“扎针”

天问一号火星车的“车头”,是一个重达15.7千克的重要的载荷,几乎是火星车总载荷重量的一半。它就是上海技物所研发的,探测火星表面物质成分的装备LIBS(激光诱导击穿光谱仪)。

如果形象一点比喻,这个LIBS就像火星车的“眼睛”。当然了,火星车上还有专门的摄像头,但那只是拍照用的。对火星车来说,观光旅游、打卡拍照不是它的主要任务,研究火星的土壤成分、地质演变过程,高精度科学测量才是正事。

而真正能洞穿火星地表的“火眼金睛”,正是这个LIBS。它工作起来很有意思,先发射激光,打在火星地表上,瞬间把地表物质激发成等离子体,然后通过探测等离子体的光谱,来分析岩石的元素成分。

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但你也别以为这个画面像星球大战里的激光大战一样热血沸腾,火光冲天、飞石满地的场面是不存在的,因为那束激光会聚焦在针尖一样的小点上,直径大约只有0.2毫米。

这精准的聚焦,还是自动的,技术含量极高。因为,火星车工作的时候,没有人可以“帮忙”。“这个自动精确聚焦的功能,难度极大,花了我们很长时间研发。”

这么看起来,LIBS又象一个“针灸大师”,不停地给火星表面“扎针”。

“LIBS设备以前也有,但这是中国第一次把它用在深空探测中。“张振强说,“这就给我们的研发带来了巨大的挑战,因为这意味着它要能在极端环境下生存。”

这是4亿公里的漫漫长路。从发射起飞开始,火星车上的载荷就要面对超重、失重等复杂的力学环境。接着进入了太空,8个多月的地火转移的真空旅途中,要经受宇宙辐射、长期低温。等到了火星开始正式搬砖,工作环境也非常恶劣。火星昼夜温差巨大,白天最高温度50摄氏度,晚上零下130摄氏度。在这样极端的环境里,设备还能不能正常运转?会不会冻住?

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模拟小太阳地面测试

“其实我们都没有去过火星,仅能从现有的资料去推算。“张振强说,“预计会遇到怎样的环境,判断出量级,然后进行‘加严处理’。”

什么是加严处理呢?比如耐高温的话,火星最高温度50摄氏度,研究人员设计的载荷就得耐得住60摄氏度。“游刃有余了才行。”

为此,上海技物所里专门设计了一个真空罐子,大约像家用轿车后备箱那么大,这罐子里的世界就是个“迷你火星”,真空和热辐射都给模拟上。研究人员做好的仪器,就放到里面去做实验。

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CS-900型火星环境模拟试验管

“归零者”的毅力

攻克未知会让人上瘾

在航天界,有一个让人头皮发麻的词,叫“归零”。它的意思是:推倒重来,从头分析。

因为航天人们面对的,往往都是从未有先例的新技术、新工艺、新挑战。

“全新的东西,就意味着有很多坑,时不时就会掉进去。“张振强说,“所以我们总是会面对一些过不去的坎儿,然后不得不‘归零’,从头来过。”

更要命的是,航天任务又是一环扣一环,时间节点明确,让研究人员终日承受着压力。

在研发LIBS的时候,张振强就当过“归零者”。那是2017年的夏天,距离最近的一个“死线”只有3个多月,然而张振强手上的二维指向镜,始终达不到技术要求,“总是差那么一点点。”

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二维指向镜

于是他来了一次自我归零。“从头开始分析,就像刚刚接触它一样,一点点抠细节。“张振强说,”如果整体构架没有问题,就在每个节点都去追求极致,最终达成目标。“

那段时间他心里就像有一堵墙,为了攻克难题经常忘记吃晚饭,在实验室里一呆就是一整天。

“其实,这种征服未知的感觉,是会让人上瘾的。“张振强说。

他记得所里的同事们,无论领导还是新人,常常会在晚上开会,就像学生时代上课一样,有的人在黑板上写,所有人都参与讨论,各抒己见。等到大家唇枪舌战一晚上,忽然柳暗花明,找到了有希望解决问题的思路时,窗外太阳已经升起了。

“这时候回家补个觉的感觉,特别爽!“张振强笑道。

当然了,家人是不会爽的,回家往往会面对老婆的吐槽:“又通宵了?”

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女儿是宝贝

载荷也是宝贝

张振强的朋友圈里,时不时有晒娃的照片。他不到2岁的宝贝女儿,出生于2019年4月4日,而LIBS “交货“的时间,是4月24日。

“等于说妻子怀孕期间,刚好就是我们研发最紧张的时候,特别愧疚。”张振强说,“产检都是她自己一个人做的。孩子生下来第二天,老婆发现我又不见了,跑回研究所了。连领导都说我,哎你不能这样,家里还是要顾的。”

不过他妻子也很理解,呱呱坠地的女儿是宝,那个即将飞向火星的载荷也是丈夫的另一个“宝”。

张振强很清楚地记得正样交付那天,站在楼梯旁,隔着玻璃目送那个“宝贝”远去,心里说不上来的滋味,仿佛嫁女儿一样。

几个月后,看到天问一号发射升空,全家人跟他一样“膨胀”,这时候老婆终于扬眉吐气,可以和朋友们吹大牛了:“看,这上面有我老公参与研制的宝贝! ”

“祝融”号火星车模型

其实,张振强会进入航天界,就是因为从小跟家人一起看神舟飞船发射。“全家人总是会坐在电视机前一起看直播,新闻里会有专家来讲解,当时虽然看不懂,但是非常向往。”张振强说,“我就想将来是不是也有机会能参与其中,发挥自己的一点力量。”

结果他如愿进入了中科院的研究所,在上海技物所里,有嫦娥、天问、墨子号、空间站等一系列航天任务。张振强坦言,如今的工作简直就跟他梦想中的完全契合。

“火星探测任务是我全程参与的。而现在,空间站任务早已开始。”张振强说。

新的任务周期,又是一个个不眠夜。“如果热爱,就会有满满地动力和满足感。”

因为,就像张振强给钱江晚报的小读者们写下的那句:“茫茫宇宙,等着我们去探索!”

中国科学院上海技术物理研究所
简称上海技物所,创建于1958年10月,是集基础研究、工程技术研发和高新技术产业化为一体的综合型研究机构。上海技物所以红外物理与光电技术研究为定位,以红外光电新材料、新器件、新方法等作为主要研究方向,重点发展先进的航空航天有效载荷、红外凝视成像及信号处理、红外焦平面及遥感信息处理等技术。上海技物所着眼于国家重大战略需求,参与或主导风云系列气象卫星,墨子号科学卫星,嫦娥、高分、天问及空间站等重大科研项目,针对相关技术领域的特点,已形成具有自身特色的、覆盖“基础前沿—核心组部件—系统集成”完整研发体系。现有中国科学院院士6人、中国工程院院士2人、国际欧亚科学院院士1人(兼)等。研究所编辑出版《红外与毫米波学报》、《红外》等学术期刊。



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138****3870
138****3870

厉害了!

138****9075
138****9075

好的好的好的

135****2361
135****2361

厉害了,我的哥呀

156****2893
156****2893

上有天文,下有地理,厉害了我的哥。

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