天问一号探测器系统总设计师孙泽洲答记者问

中国日报: 请问在座专家领导,能不能介绍一下天问一号此次着陆面临的挑战及相应技术创新?
孙泽洲:火星的着陆下降过程是我们此次任务风险最高的环节,这个环节中我们要面对不熟悉而且多变的火星大气环境,还要自主完成十几项的关键动作,而且这些动作环节也是环环相扣的。从进入火星大气到最终着陆到火星表面,历时虽然只有9分钟,但是这个过程非常复杂,要经过四个阶段。要把相对于火星4.8公里/秒的速度减到为0。这期间两段最为关键,由于我们在火星减速进入过程中是利用大气减速,这两段承担了减速98%的需求,98%的减速都是利用火星大气来减速的。但是火星大气又跟地球不同,密度不同、成分不同,而且还有一些风速的多变性。所以说这就决定了我们这次着陆任务过程,对于火星的着陆,与地球的进入和着陆,以及月球的着陆的差异性,是面临最主要的挑战。要面对一个我们不熟悉的多变的火星大气,而且我们还要利用它来进行进入过程的减速和着陆。
对于这样一个新环境,我们在技术上做了哪些准备或者技术创新?由于时间关系,我就重点介绍两个方面,一个是针对气动的影响,首先我们通过全新的气动力、热的实验方法研究,确定了针对于火星大气条件下进行气动力、热的算法和实验手段。为此我们还改造了一些风洞,进行二氧化碳成分影响等等实验工作。也是通过这样一个工作、算法和试验确定,最终建立起完备的整个过程中气动力、热数据库,这是一个基础。由这个基础设计了全新气动外型,与地球进入不同,与国外气动着陆外型也不同。同时针对火星大气进入,我们采用了弹道升力的方案。为什么采用这种方案?就是提高我们对火星大气不确定性的适应能力,降低不可干预环境带来的风险。这样一个方案虽然可以很好适应火星大气环境不确定性,但是也面临很多难题。其中一个是进入过程中,气动减速段需要一定的配平攻角,在开伞前我们又把这个攻角调回来,利于我们开伞尾流对称性,使开伞的风险更小。针对这样一个难题,应该说我们在国际上首次采用配平翼的打开,利用火星大气阻力进行攻角调整。这样一个方案,应该说,相比以往火星表面进入的方案,我们这个系统的重量只有国外的10%。这就是气动力、热方式以及我们技术方式上的创新。
第二是降落伞,大家可能也知道,地球返回中也有降落伞,火星大气稀薄,采用这个外型操作有不稳定性,虽然都是伞,但是开伞方式不同,针对这样一个超音速、低动压、低密度情况下,我们设计了新的伞型,开展了仿真分析方法的完善以及地面实验方案的构建。针对地面模拟困难,国内首次利用火箭弹,在距离地面30公里左右高空开展全过程模拟。这也是第一次使用,也遇到很多困难,但最终我们在地面做了完整的开伞验证,也为这次任务顺利进行或者成功着陆奠定了很好的技术基础。这是针对于气动减速段两项有代表性的技术创新和进步。
针对巡视,火星表面巡视跟月球还有不同,火星表面呈现低光照,太阳光能量相对比较小。再一个,火星表面容易出现沉陷,针对这两点,我们在技术上怎么解决?首先是首次在国际上、在火星上采用太阳能集热器技术,这样一个做法,使我们对太阳能利用率达到80%。用这样一个新技术,极大提高我们对太阳能利用效率,也为火星车在火星表面提供了很好的温度保障。针对沉陷这样一个火星特殊地貌下如何可靠行使,我们采用主动悬架系统,这个系统虽然实现起来复杂,但是针对于可能的沉陷或者车轮故障,包括爬坡能力,可以得到进一步的提高,我们可以主动改变我们移动的形态,实现车体抬升、车轮抬升甚至蠕动等等形态,一旦沉陷可以实现多种移动方式实现脱困。这也是国际上首次在地外天体采用主动悬架移动系统,作用是更好适应我们在火星上稳健移动、可靠移动的目标。所以简单来说这么几个方面。此外,我们在星际通信、自主导航、自主管理等方面,在方法方案和技术上也都有创新,时间关系我就不详细介绍了。谢谢大家。
对于火星表面的能源获取,太阳光光强有很大不确定性,在火星表面采用同位素热电能是比较理想的技术途径和方案。我们这一次跟毅力号相比还是依靠太阳能作为我们在火星表面工作的唯一能源。想说两个方面,一是我们国家在同位素热电源应用上,在之前的嫦娥三号、四号做过一些技术上的尝试和应用。这一次之所以没有使用,因素有很多。我想其中有两个方面,一是如果使用同位素热电源的话,对我们车的规模要求更大一些。同时如果作为主要或者作为唯一的电能供应,对于这项技术的成熟度或者它的要求会更高一些。所以基于多方面考虑,这一次结合整个巡视规模,我们采用了太阳能的供电方式。
再一个,在火星表面,其实之前美国的勇气号和机遇号也是以太阳能作为能源的供给方式,也取得了很好的巡视效果,获得了很多科学探测结果。所以我们这次用太阳能也是一种合理的技术途径。而且我们针对于太阳能在火星表面的不确定性,想了很多的办法,或者说也有一些技术的创新在里边。包括我前边提到太阳能集热器,包括减少灰尘附着等等,包括自动休眠唤醒的设置,也是为了使这样一个技术路线更好得应用在火星,达到我们探测的预期目标。
对于设计寿命来讲,这是一个参考值,之前火星车的设计寿命都比较低,但实际上在火星表面的表现都很好,我也希望祝融号在火星上有更好的表现。我们这一次是绕、着、巡,我们除了祝融号火星车开展探测之外,后期环绕器还要开展全球遥感探测,在祝融号寿命期内,环绕器主要任务是提供稳定可靠的中继通信,3个月之后主要任务是遥感,兼顾对火星车的中继,这样一来祝融号在火星表面运行时间很大程度上还会受到中继保证的影响,这也是我们给祝融号定义3个月的原因之一。我就回答这么多。