火星有了“西柏坡”

近日，國家航天局和中國科學院聯合發布火星全球影像圖。有意思的是，火星上22個地理實體，用中國人口小于10萬的歷史文化名村名鎮來命名：西柏坡、古絳、齊都、胡襄、漠河、周莊……

4月24日，在合肥舉行的2023年“中國航天日”主場活動啟動儀式上，國家航天局和中國科學院聯合發布了中國首次火星探測火星全球影像圖。

科學研究團隊通過火星高分影像，識別了著陸點附近大量的地理實體。國際天文學聯合會根據相關規則將其中的22個地理實體，以中國人口數小于10萬的歷史文化名村名鎮加以命名：西柏坡、古絳、齊都、胡襄、漠河、周莊……

影像圖來之不易。2021年11月至2022年7月，“天問一號”任務環繞器中分辨率相機對火星實施了284軌次遙感成像，地面應用系統對獲取的14757幅影像數據進行處理，這才得到火星全球彩色影像圖。火星全球影像圖有何科學價值？背后有哪些故事？中國行星探測工程總設計師張榮橋為您揭秘。

“天問一號”任務是中國首個行星探測工程

“天問一號”任務是中國首個行星探測工程，背后是幾千家單位、上萬名科技工作者的連續攻關奮斗。

進場之前，新冠疫情蔓延。所幸各方協調支持，終于在2020年4月按時進入發射場。此后，科技工作者工作了110多天，于當年7月23日準時發射長征五號遙四運載火箭，把承擔我國首次火星探測任務的“天問一號”探測器送入奔火軌道。經過202天的奔火飛行，“天問一號”成功進入環火軌道。

2021年5月15日，對預選著陸區進行3個月的詳查后，“天問一號”成功著陸火星。

5月22日，“祝融號”火星車踏上火星大地，第一步就邁出了0.522米。當時有人問為什么第一步是0.522米？這是為了紀念這個重要的日子。從那時起，火星車開始巡視探測，到8月15日完成了既定的90個火星日探測目標。

這時候我們就在思考，是否還要繼續巡視探測？是把“天問一號”任務環繞器轉過去進行環繞探測還是對火星車進行巡視探測？如果兩項任務都完成，會不會影響全球遙感探測？這些風險利弊，我們都得仔細權衡。

我們的總目標是一次實現繞著巡——既要實現巡視探測，還要實現對火星的全球遙感探測。這就意味著“天問一號”任務環繞器既要對火星車巡視探測做中繼通訊，又要對火星實現全球遙感探測，但這兩件事很難同時做到。

當時，火星車完成任務目標后，狀態依然良好。于是，我們調整了整體運行方案，先不去環繞探測，而是繼續勘探巡視。直至2022年6月29日，“天問一號”任務環繞器實現全球遙感探測。環繞器到現在已經運行超過1000天，不僅狀態良好，還繼續在遙感使命軌道開展科學探測、積累原始數據。

目前，我們的環繞器和火星車已獲得了1800GB的原始科學探測數據。我們對一手科學數據開展研究，取得了一批原創性科學成果。

什么是原創性科學成果？就是在《Science》《Nature》等國際頂尖期刊雜志發布的成果。它們包括但不限于：通過對火星車導航地形相機、火星表面成分探測儀和火星氣象測量儀獲取的數據開展綜合分析，發現巡視區存在距今約7.6億年鹽水活動和現代水汽循環的證據；通過對火星表面成分探測儀數據研究，發現巡視區近期水活動證據，揭示晚亞馬遜紀（7億年前）火星水圈比傳統認知的更加活躍……

獲取火星影像圖，需要突破三大難關

本次發布的影像圖包括火星東西半球正射投影圖、魯賓遜投影圖和墨卡托投影加方位投影圖——密布的撞擊坑、狹長的裂谷，影像圖上，火星地形地貌清晰可見。但要獲取影像圖，需要突破三大難關。

一是一次任務要實現環繞、著陸和巡視。在完成既定巡視任務后，我們還想走得更遠，讓環繞器服務于火星車的巡視，等火星車進入自主休眠模式后，環繞器再進行巡視探測。這是多任務的規劃協調，多任務的軌道設計和調整，兼具挑戰性和風險性。

二是火星影像圖的拼接。我們環繞284軌獲得了14757幅圖片。圖像拼接過程中，相鄰兩個軌道獲得的圖像之間不能有縫隙，這非常考驗科研人員的“手藝”。如果軌道控制不精準，難免出現縫隙；一旦存有縫隙，想彌補就得等七八個月之后的下一個周期。另外，相鄰兩軌獲得的圖像不能重疊太多，否則下一軌很可能出現縫隙。我們的制圖要求是重疊15%，這就對環繞器運行的軌道控制提出了更高要求。

三是圖像顏色正不正。我們利用光譜分辨率更高的多光譜相機，用環繞器獲取的數據和高分相機獲取的數據進行矯正，經過重重關卡和挑戰，終于拿到了影像圖。

可能有人不解，為啥要千辛萬苦獲得影像圖？其意義就在于，中國人搞火星探測，在論證、立項、研制和在軌運行過程中，所用底圖都是國外的。如今，我們有了自己的火星全球彩色影像圖，不僅為中國、也為世界同行開展火星探測工程和火星科學研究提供了質量更好的基礎底圖。這是中國人為人類深空探測事業做出的重要貢獻。

不斷刷新行星探測新高度

“天問一號”開啟了新征程。此后，我們還將不斷刷新行星探測新高度。

以“天問二號”為例，其探測對象是近地小行星2016HO3。2016HO3的個頭很小，距離地球超過4000萬公里，是國際公認的有特殊性的天體。“天問二號”的主任務就是探測2016HO3，而且要從2016HO3上采樣回來，這將是中國人第一次從行星際拿回樣品。完成任務后，我們再爭取探測一個主帶的小行星，這顆小行星是主帶彗星。

小行星探測難度非常大。與火星不同，小行星上沒有重力，這意味著航天器無法環繞小行星飛行，只能在茫茫宇宙中追上它并伴飛，在此過程中附著、取樣。

目前，“天問二號”已基本完成初樣研制階段的工作，2023年中期將轉入正樣研制階段，計劃于2025年前后實施發射。

我們還規劃了“天問三號”和“天問四號”任務。“天問三號”將從火星取樣返回，“天問四號”將探測木星系。這兩項任務的難度都非常大，還要通過兩三年時間進行關鍵技術攻關。中國全體航天人會繼續努力，不辜負大家的期望。

（《人民日報》2023.4.25馮華/文等）