與非網6月16日訊 國家航天局公布了“祝融號”火星車拍攝的首批科學影像圖，標志著我國首次火星探測任務取得圓滿成功。在這輛火星車上，搭載著由中國科學院上海技術物理研究所（以下簡稱：上海技物所）承擔研制的科學有效載荷——火星表面成分探測儀。

　　11日國家航天局發布了天問一號探測器著陸火星首批科學影像圖，公布了由祝融號火星車拍攝的著陸點全景、火星地形地貌、“中國印跡”和“著巡合影”等影像圖，標志著我國首次火星探測任務取得圓滿成功。記者從中國科學院上海技術物理研究所獲悉，該所研制的探火“上海眼睛”——搭載在環繞器上的火星礦物光譜分析儀、祝融號火星車上的火星表面成分探測儀均已順利開機，并成功下傳探測數據。上海技物所火星載荷研制團隊一邊為獲得首批科學數據而激動，一邊已在考慮如何提高載荷性能，提升科學探測能力。

　　天問一號進入環火軌道后，火星礦物光譜分析儀于2月28日第一次開機，此后又多次開機獲取著陸區科學數據。預計七月后，天問一號環繞器將進入科學探測軌道，火星礦物光譜分析儀將正式進入工作狀態。它擁有國際先進的光譜探測能力，光譜探測范圍可從0.378微米延伸至3.425微米，探測譜段多達576個。

　　隨祝融車踏上火星表面的火星表面成分探測儀，直到6月4日才開機，6月5日就向地球傳回了首批數據。上海技物所副所長、月球與深空探測系列載荷指揮舒嶸介紹，這臺載荷結合了主動激光誘導擊穿光譜探測、被動短紅外光譜探測兩大技術。“設備靈敏度很高，且同時采用了中國與法國兩個定標板，我們的數據可與國際上既有數據相互驗證。”舒嶸說，這將有力證明我國行星探測科研實力。

　　火星表面最高氣溫在二三十攝氏度，而夜間只有零下幾十攝氏度。載荷最怕“低溫挑戰”，在研制時都以-100℃的標準來設計。眼下，火星正進入夏季，天氣相對穩定，氣溫也正逐漸升高，是巡火探測的好時段。

　　由于火星表面成分探測儀的定標桿、激光器都裸露在祝融號火星車外，保溫困難，探測儀的工作時段選擇在火星日的下午兩點左右，這樣儀器可自然升溫，為火星車節省能源。

　　環繞器上的火星礦物光譜分析儀中的紅外焦平面探測器也要經歷低溫工作、常溫存儲的環境，為此科研人員采用了各種溫控手段，來確保載荷的性能與可靠。

　　在上海技物所的一間測試實驗室里，2017年從生產線上下來的第一批器件已經歷了2000次“冰火”溫度循環考驗。上海技物所材料與器件中心副研究員周松敏解釋說，這已超出火星任務要求的3倍。

　　除了火星表面成分探測儀外，上海技物所還承擔研制火星環繞器上的火星礦物光譜分析儀，使該研究所成為唯一承擔兩個有效載荷研制的科研機構。

　　上海技物所副所長、月球與深空探測系列載荷指揮舒嶸介紹，火星表面成分探測儀將對著陸區的火星表面元素、礦物和巖石開展高精度的科學探測，“于6月4日開機，5日成功下傳第一組數據”。而火星礦物光譜分析儀已于2月28日開機，對預選著陸區域進行了多次探測。

　　上海技物所為了更好地完成這次火星探索任務，創造了一系列“首次”。

　　“真槍實戰”那一刻的期待與緊張

　　火星表面成分探測儀開機前，舒嶸團隊擔憂，它跟隨“祝融號”火星車經過“長途跋涉”后，身體是否完好，能否“聽話”……成功下傳數據前，他們又擔憂，數據回傳的過程是否順利……

　　其實，舒嶸團隊前期已進行無數次模擬實驗，但當“真槍實戰”時，也難掩內心的緊張與期待。

　　實際上，“祝融號”火星車降落的那一刻才是他們最為緊張的時期。據統計，火星車成功降落火星表面的成功率僅有50%。即使火星車成功降落，火星表面成分探測儀經過落火時的熱沖擊后狀態如何？附在火星車外側且重量占火星車載荷超過1/2的探測儀是否又經得住火星上晝夜溫差大的考驗？

　　答案在6月4日揭曉。當天，火星表面成分探測儀正常開機并在次日成功下傳第一組數據，舒嶸團隊成員異常興奮與激動。

　　“開機后，探測儀對鈦樣品板進行了標定，并對‘祝融號’火星車附近的火星巖石進行了探測。”舒嶸表示，目前探測儀遙測數據正常，工作狀態穩定。

　　2.5至3.4微米高光譜具備探測水分子能力

　　天問一號對預選著陸區的分析，需要火星礦物質光譜分析儀等載荷的幫助。“著陸前，火星礦物質光譜分析儀所獲取的科學數據有助于判斷著陸區的礦物質成分及其分布。”上海技物所研究員、火星礦物質光譜分析儀主任設計師何志平介紹，當天問一號進入環火軌道后，分析儀于2月28日第一次開機。

　　隨后，火星礦物質光譜分析儀先后多次開機，成功獲得了科學數據，為在火星上留下“中國印記”作出了貢獻。

　　這臺載荷擁有國際先進的光譜探測能力，光譜探測范圍可達到0.378微米至3.425微米，探測譜段多達576個。“尤其在2.5微米至3.4微米高光譜探測，是我國首次在空間驗證應用。”在何志平看來，該譜段的價值大，具備探測水分子能力。

　　他進一步解釋道，在過去的空間對地探測任務中，由于上述譜段被地球大氣吸收，所以從未應用該譜段對地遙感觀測。

　　火星礦物光譜分析儀在1微米至3.4微米譜段的探測中，碲鎘汞探測器需要經得住200℃溫差考驗。“就像把儀器扔入火爐，再扔到冰塊，循環往復。”上海技物所副研究員、火星礦物光譜分析儀紅外面陣探測器主管設計師周松敏比喻。

　　按照設計要求，研究人員需要開展500次循環壽命試驗，但他們為了使其更好地適應“冰火兩重天”的火星環境，在地面進行了多達2000次試驗。

　　但火星礦物光譜分析儀還沒有正式開展科學探測任務。“后續，當天問一號進入科學探測軌道后，分析儀才正式工作。”何志平說，他們也期待分析儀能有更多的發現。

　　外國研究機構專門分析他們的技術方案

　　火星表面成分探測儀的工作流程是先用超高清相機“導航”，研究人員發現感興趣的目標后，再綜合考慮太陽高度角及溫度等因素給探測儀發出指令，它就可以在規定時間內工作。

　　但不同于月球探測，研究團隊這次結合了主動激光誘導擊穿光譜探測技術和被動短波紅外光譜探測技術。而前者是我國首次在太空使用。

　　舒嶸介紹，主動激光誘導擊穿光譜探測就是從載荷上打出一束激光，利用高達上千攝氏度的瞬間溫度，將火星表面物質激發出等離子體，通過探測火花的光譜成分、氣體成分等，高精度地分析出火星表面元素成分，“可以分析出元素周期表中的絕大部分元素”。

　　“在12個定標板中，采用了一個法國的定標板，我們的數據可以與國際上既有數據相互驗證。”在舒嶸看來，這也是首次具有實質性的國際合作。

　　除了首次應用主動激光誘導擊穿光譜探測技術外，研究團隊在火星表面成分探測儀上首次實現了0.9微米至2.4微米波段的自研銦鎵砷探測器的航天應用。

　　上海技物所研究員、銦鎵砷探測器項目組成員邵秀梅介紹，該探測器可以將光信號轉為電信號，而以往任務的銦鎵砷探測器探測波段只有0.9微米至1.7微米，但火星探測需要到2.4微米。“這一波段的探測器通常需要在低溫條件下工作，而我們研制的銦鎵砷探測器可以在室溫下滿足靈敏度的要求。”

　　邵秀梅表示，美國、土耳其等研究機構曾引用他們項目組的多篇論文，專門來研究分析其技術方案。

　　據悉，上海技物所這兩臺載荷繼承了嫦娥探月工程相關載荷研制任務的經驗和基礎，對探測火星表面元素與礦物成分等具有重要意義，將為火星形成、地質演變研究提供重要科學依據。