7月23日，“天問一號”火星探測器正式踏上太空之旅，開啟了中國首個火星探測任務(wù)。中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，中國科技大學(xué)，中電博微16所、38所、43所及中電博微圣達科技都用自己的科研成果為“天問一號”火星探測之旅貢獻著安徽科技的力量。

磁強計 獲取火星空間磁場環(huán)境高精度數(shù)據(jù)

火星探測任務(wù)作為我國深空探測重大科學(xué)工程的第一次任務(wù)，將在一次任務(wù)同時實現(xiàn)“繞、落、巡”三個目標(biāo)，開展火星全球性和綜合性探測，面臨的挑戰(zhàn)前所未有。

“天問一號”火星探測器由著陸巡視器和環(huán)繞器組成，其中環(huán)繞器有效載荷火星磁強計由中國科技大學(xué)研制，其主要功能是獲取火星空間磁場環(huán)境高精度數(shù)據(jù)，全面準(zhǔn)確地測量火星空間邊界層，探測火星南部局地巖層的剩磁及火星感應(yīng)磁層，研究近火空間處的行星際等離子體和行星際磁場等，同時還會結(jié)合其他載荷儀器對火星大氣中的粒子逃逸等問題開展研究。

中科大是我國深空探測中首個承擔(dān)單機級科學(xué)載荷任務(wù)的高校。該校2016年1月正式啟動火星探測火星磁強計的研制任務(wù)，具體由該校地球和空間科學(xué)學(xué)院的空間有效載荷研制平臺承擔(dān)。該平臺同時隸屬于中國科學(xué)院近地空間環(huán)境重點實驗室和中科院比較行星學(xué)卓越創(chuàng)新中心，主要研制空間低能粒子探測器和空間磁場探測器兩類空間的有效載荷。據(jù)悉，在火星探測任務(wù)中，空間有效載荷研制平臺還與核探測與核電子學(xué)國家重點實驗室（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)部）安琪教授團隊合作參與了火星離子與中性粒子分析儀的研制任務(wù)。

環(huán)繞器探測雷達 “透視”火星地下都有啥物質(zhì)

“天問一號”在“繞”的階段，要完成探測火星表層和次表層結(jié)構(gòu)分層信息，尋找火星地下冰水存在的痕跡與證據(jù)，這個過程需要用到火星探測設(shè)備。在“天問一號”上，共搭載了7個火星探測設(shè)備，可環(huán)繞火星運轉(zhuǎn)并對火星次表面進行探測。中電博微38所負(fù)責(zé)研發(fā)了我國首款環(huán)繞器次表層探測雷達，是七個火星探測設(shè)備之一，相當(dāng)于為“天問一號”加裝了一雙“透視眼”。

不同于其他探測設(shè)備，環(huán)繞器次表層探測雷達利用低頻段雷達的介質(zhì)穿透特性，在高速環(huán)繞的衛(wèi)星平臺上，向火星發(fā)射低頻率電磁波，穿透到次表層內(nèi)部，利用回波特性分析次表層分層結(jié)構(gòu)，并推算其物質(zhì)組成。為減少與次表層在相同距離上的地表回波對次表層分層檢測的影響，38所設(shè)計了雙頻段發(fā)射雙極化接收的先進體制，兼顧低頻段雷達的穿透性和淺表層的高分辨能力，并根據(jù)科學(xué)探測的實際需要，設(shè)計了高低頻脈間交替的工作模式，實現(xiàn)了對火星次表層10米以下的分層精度探測，其中，對次表層土壤的穿透深度可達幾百米，對冰層可達幾千米。利用這雙“透視眼”，探測器將完成探測火星表層和次表層結(jié)構(gòu)分層信息，尋找火星地下冰水存在的痕跡與證據(jù)的任務(wù)。

特種低溫接收機 探測器上的“順風(fēng)耳”

不同于地月間距的38萬公里，人類探測器要想到達火星，需要飛越約4億公里的漫漫長路。在茫茫宇宙中，由于距離極其遙遠(yuǎn)，探測器發(fā)回的信號非常微弱，地面測控系統(tǒng)和通訊接收系統(tǒng)需要對上億公里之外的微弱信號進行精確接收、處理和分析，對于常規(guī)接收系統(tǒng)，這幾乎是不可能完成的任務(wù)。

中電博微16所研發(fā)的低溫接收機，采用低溫制冷的方式使核心微波接收鏈路工作在-253℃真空低溫環(huán)境中，通過物理極限大幅降低電子器件的熱噪聲，從而使接收系統(tǒng)獲得“超級靈敏度”。采用特種低溫接收機為核心的測控、通訊和射電天文系統(tǒng)，可將信號接收、探測的距離實現(xiàn)量級式提升，好比為地面測控和通訊系統(tǒng)裝上了“順風(fēng)耳”，能滿足包括火星探測在內(nèi)的星際探索任務(wù)要求。

厚膜抗輻射電源 探測器的強大“心臟”

茫茫深空，“天問一號”將按照軌跡耗時約7個月，預(yù)計于2021年2月抵達火星，需要走過的路已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了中國此前的航天任務(wù)。漫漫長路，便是“天問一號”開啟火星探測之旅面臨的第一個挑戰(zhàn)。

“天問一號”姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)（簡稱“姿軌控系統(tǒng)”）主要保障探測器在這7個月時間內(nèi)的變軌和入軌任務(wù)，包括霍曼轉(zhuǎn)移軌道中的姿態(tài)控制，以消除姿態(tài)靜態(tài)誤差，使探測器按預(yù)定姿態(tài)和軌道飛行、順利進入火星軌道，并為后續(xù)的著陸任務(wù)提供保障。中電博微43所自主研制的厚膜抗輻射DC/DC變換器像“心臟”一樣，為“天問一號”姿軌控系統(tǒng)提供穩(wěn)定供電，確保火星探測器在歷時7個月的時間里能夠按預(yù)定姿態(tài)和軌道飛行、順利進入火星軌道，并為后續(xù)的著陸任務(wù)提供保障。

緩沖拉桿+鋁硅外殼 助探測器平安著陸火星

火星環(huán)境復(fù)雜、表面凹坑密布，著陸過程是整個火星探測任務(wù)中難度最大的過程之一。為了保障“天問一號”在火星表面成功實現(xiàn)軟著陸，在它的著陸機構(gòu)中采用了中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體所研制的特種高吸能合金，利用該合金突出的強韌性、輕質(zhì)性和吸能性為“天問一號”保駕護航。

另外，天問一號重量高達5噸多，是迄今為止行星探測器中重量最大的一個，對著陸緩沖材料性能及其穩(wěn)定性提出了更高要求。固體所通過深入的材料微觀分析和獨特的工藝創(chuàng)新，在材料成分不變的前提下，實現(xiàn)了材料吸能性的顯著提高，為著陸機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了重要支持。

高吸能合金是固體所根據(jù)我國“嫦娥三號”、“嫦娥四號”探測器在月面極端環(huán)境下軟著陸需求而研制的一種新材料，具有極高的強韌性和吸能性，是“天問一號”使用的唯一著陸緩沖材料。

如何保障探測器著陸系統(tǒng)電路的安全，是探測器在火星惡劣環(huán)境下著陸面臨的又一難題。中電博微圣達科技研發(fā)的系列鋁硅封裝外殼為探測器著陸系統(tǒng)的TR組件等核心關(guān)鍵元器件提供了輕質(zhì)高可靠的封裝解決方案，為器件內(nèi)部電路穿上了安全可靠的“保護衣”，有了這層“保護衣”，探測器在火星安全平穩(wěn)著陸便多了一份保障。為確保完成項目，圣達科技整合了設(shè)計、工藝、質(zhì)量、調(diào)度等核心力量，攻克了氣密性封裝、高可靠鍍覆、氫含量控制等多項技術(shù)難題，切實提高了封裝外殼的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。（記者 汪永安 陳婉婉）