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“田文一号”昨天开始了它的火星之旅，将一步完成“盘旋、着陆和巡逻”三个任务目标。
火星包装纸和长征五号助推器是由中国航天科技八院研制的。前者是“田文一号”火星探测器的重要组成部分，而后者为火星探测器的安全发射和精确轨道提供护卫。此外，中国科学院上海天文台领导的甚长基线干涉测量(vlbi)轨道测量子系统可以帮助田文一号在长途飞行中清晰定位并找到正确的方向。中国科学院上海技术物理研究所开发的两大负载:火星飞行器上的火星表面成分探测器和轨道飞行器上的火星矿物光谱分析仪将帮助我们探索这颗行星的奥秘。
一支好“箭”和四个帮派
长征五号运载火箭——田文一号的运载火箭，被外界视为火星探测的“空巨无霸”。上海宇航员为火箭开发了四个3.35米助推器、助推器伺服系统、外部安全和核心级支持电池。
长武火箭由一枚直径5米的核心级火箭和四个直径3.35米的助推器组成，其中四个助推器是起飞的主要动力源。它们有多强？四个助推器提供了超过1000吨火箭起飞推力的90%。
根据总体设计方案，火箭采用助推主支架的方式，即当整个箭体竖立时，通过分布在四个助推器上的12个支撑点将其停放在发射平台上。为了实现这种支撑，助推器的结构设计要求非常高，不仅要能承受800多吨的火箭自身重量和文昌航天发射场的独特风力，还要能让火箭在助推飞行过程中有效地将数百吨推力传递到核心级，经受住发动机产生的复杂热环境的考验。
长武副总指挥、副总设计师鲍介绍，该项目自2006年10月立项以来，八院研究团队先后突破了低温波分析与抑制技术、偏置集中力设计分析与测试技术、氦气加热与加压技术、尾部热防护技术等14项重大关键技术。虽然对开发团队来说难度更大，但这种设计有利于减轻核心尾部的重量，提高火箭的运载能力。
龙五助力器首次采用斜锥和前结合主力传动结构。当发动机的推力增加时，它通过前锥体上的前结合点传递到核心级。据计算，在头锥小于0.1平方米的前结合点，实际承受了300多吨的偏置集中力载荷，就像一个人用一个肩膀扛着重物。为了抵抗这种力，研究小组为鼻锥量身定制了一种独特的“梁式”轴承偏置集中力配置，它与3000多个零件铆接形成倾斜的鼻锥，而核心层的锥体和前结合点轴承支架采用了一体化设计，有效地保证了结构强度。最后，本设计通过了多舱接头低温静力试验，有效验证了这种结构设计的可行性。
“通才”的无缝切换
包装纸具有“飞机、通讯器和探测器”三重功能，也是“上海制造”。探测器系统副总工程师、第一次火星探测任务环抱装置总设计师王贤忠介绍，火星环抱装置的设计寿命为3年，采用“外六角圆柱+中心轴承锥”的配置，满足5个飞行阶段和11种飞行模式的设备布局要求。
火星环行飞行器携带着一个登陆巡逻队，主要完成地面火力转移、火星刹车捕捉、轨道调整等任务。，并将为漫游者提供为期三个月的中继服务；在科学任务部分，我们通过搭载高分辨率相机、中分辨率相机和地下探测雷达等有效载荷，对火星进行了大约一年的科学探索，以实现对火星的全球普查和局部详细调查。
在这漫长的旅途中，包装纸不仅有繁重的任务，而且在空之前也有困难，并且不得不经受许多考验，例如飞行时间长、环境差、控制要求高以及空.之间复杂的行动其能源系统需要在整个任务过程中保证稳定可靠的供电。
电源子系统副总设计师徐峰表示，包装器将根据太阳能电池阵列的输出功率决定系统的工作模式，分为三种供电模式:锂离子电池供电模式、太阳能电池阵列和锂离子电池联合供电模式、太阳能电池阵列供电模式。
一双“眼睛”看到了火星
火星矿物光谱分析仪实验室测试照片。(照片由中国科学院上海理工大学提供)
“田文一号”火星探测器和巡逻机分别装有上海研制的“红外线眼”和“激光眼”。它们将在到达火星轨道和火星车成功着陆后正式开启，执行火星表面矿物成分分析的科学任务。
在火星车上，会有一只“眼睛”伸出车身，发出激光。任何与这种激光束接触的矿物都会立即蒸发，变成等离子体的“轻烟”。这种“烟雾”发出的光谱是火星表面成分探测器用来获取物质元素的成分和含量的重要样本。经过R&D团队的巧妙设计，这种“激光眼”可以探测氢和氧，并帮助确定火星上是否有水。
矿物成分检测设备已经成为火星车的“标准”，但在火星上“拍照”却非常困难，尤其是该设备应能抵抗火星上昼夜高达160℃的温差。中国科学院上海技术物理研究所的研究员许伟明说，研究人员想尽一切办法为仪器穿上“隔热服”。中国科学院上海光学与精细机械研究所为火星表面成分探测器研制了一种高质量、高效率的激光器。
上海材料技术研究所是此次任务中唯一承担两种载荷研发的科研单位。另一个负载，火星矿物光谱分析仪，安装在包装上。它采用推扫成像和多元实时动态融合的总体方案，同时实现轻、小、低功耗和高性能，能够获得火星表面可见光到中波红外的宽光谱成像数据。
天马指引“田文”探索火之路
天马望远镜位于上海松江，是甚长基线干涉测量网的主力。我们的记者袁玉社
昨天，在田文一号成功发射后，位于上海松江天马山下的亚洲第一台射电望远镜天马望远镜立即开始观测，并与乌鲁木齐、密云和昆明的射电望远镜一起组成了一个超长基线干涉测量网(vlbi)，以精确测量田文一号的轨道，并一路“导航”，随时提供保障。
今年3月以来，上海天文台佘山公园一直很忙碌。中国科学院上海天文台高级工程师刘庆辉介绍说，为了能够胜任火星探测器的定轨工作，中国vlbi已经更新了40多套火星探测专用设备，并开发了相应的软硬件。
准确的频率信号对甚长基线干涉观测非常重要。为此，vlbi轨道子系统团队设计了一个氢钟校准系统，可以自动补偿电缆伸缩对氢钟信号传输的影响。
“我们还为参与甚长基线干涉观测的台站安装了一个新的水汽辐射计，它可以测量大气造成的信号延迟并将其扣除。”刘庆辉表示，这是首次在火星探测任务中使用新技术，也是为了提高vlbi测量精度。
从昨天开始，整个vlbi团队的工作和休息都与火星探测器紧密相连。目前，该望远镜可以从每天23: 00到第二天11: 00观察火星。接下来，观察时间将每天提前几分钟。当“田文一号”探测器开始观察火星时，甚长基线干涉系统将在两年内继续监听来自火星的信号。
在“田文一号”探测器飞往火星的过程中，它将经历多次变轨，最终被火星捕获。在这七八个月中，vlbi提供的轨道测量数据在准确发布每个变轨指令方面发挥着重要作用。
“如果轨道测量有偏差，点火正时和推力将被错误地估计，特别是在被火星捕获的关键时刻，这将产生严重的后果。”刘清会说。
之后，当探测车开始工作时，vlbi还将负责接收探测车的一些信号并定位探测车。刘庆辉透露，当“田文一号”探测工作正常进行时，他们将每周观察两次；以前，在临界弧段，观察频率保持在每天12小时。
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