航空航天

浪漫的祝融

大家好,我是贾阳,是一名航天工程师。

一、被星光点亮的少年

看见同学们青春蓬勃,回想起我的少年与青年,那是上个世纪的事情了。

小时候,我生长在东北,东北有一个大城市,叫作铁岭,铁岭的东边,有一个比铁岭小不了多少的县城,是我的家乡。那时候没有多少工业,没有多少灯火,晴朗的晚上,就能够看到繁星满天。

在小学的时候,我曾经读过一本书,叫做《太阳系》。大部分内容当时我看不懂,但是理解了一个概念,就是光年。

我当时已经知道光跑得特别快,一秒钟就能绕着地球跑七圈半,天文学家用光走一年的里程,作为丈量两颗恒星之间距离的一个尺子。说一句文绉绉的话,我被宇宙的广袤震撼了。

初中的时候,我写的一篇关于哈雷彗星的科普文章,在《武汉科技报》上发表。那个是一个理科好的孩子都想当科学家,文科好的孩子都想当诗人的年代,偶像是陈景润和顾城。发表一篇小文章足够我在小朋友面前得瑟了,走路的样子现在想来有点欠揍的感觉。

后来在高考以及研究生报考的时候,我都选择了跟航天有关系的专业,毕业之后自然就从事了航天相关的工作,至今已经30年。

我的体会是,一个人小时候有梦想,在成长的道路上有机会、有能力把握前进的方向,最后把工作与事业,兴趣与情怀结合起来,此人生之幸事也!

二、五大法宝闯四关

我和我们团队一起设计火星车的时候,至少有四个方面的困难,我们准备了五个法宝来应对。

第一个困难就是火星表面的石块比较多,地形比较复杂比较容易把车轮扎破。为了应对这个困难,我们准备的是主动悬架。家里的小轿车,底盘是不能够升高的,但是如果喜欢玩越野的话,有一些越野的车辆,在遇到特定的,比如说石块地形的时候,是可以把底盘抬高的,那种车用的就是主动悬架了。祝融号这次是在地球以外天体首次使用主动悬架技术。

祝融号如果遇到了沉陷,车轮大部分都已经陷在沙子里了,火星车利用主动悬架,可以像小虫子一样蠕动,从沉陷的那个沙土地里面自己爬出来。这样考虑主要是因为火星没有4S店,也没有救援车辆。

第二个困难就是沙尘暴。沙尘有的时候会遮天蔽日然后导致太阳电池片发不出电来,电池片上积累了很多的沙土之后,火星车就不能继续工作了。采用的办法是仿照荷叶,下雨了,水珠在荷叶上聚集,并不会把荷叶打湿,微风吹来,摇摇晃晃,然后水珠就落下去了。我们在电池片上放了类似的一种材料,灰尘不容易落上,落了之后,也很容易就脱落。

第三个困难,火星的温度总体来说比地球低。为了解决这个问题,我们用了两个法宝,一个是开源,一个是节流。

所谓的开源,就是设计了火星车顶部的两个像望远镜一样的窗口,上面绷着一层膜,白天的时候阳光照进去,晚上的时候这个膜对红外线来说是不透的,也就是说这个能量只能进去出不来。其实这个原理和蔬菜大棚的原理是相似的。

还有一个手段,就是给火星车穿了一层气凝胶做的棉袄。气凝胶这个材料有两大特点,第一是轻,第二个特征就是隔热的效果好。

最后一个困难就是远,火星最远的时候距离地球是4亿公里,我们地球赤道绕一圈是4万公里,也就是说正好是够绕地球赤道转上1万圈这样的一个距离。

阳光或者叫无线电的信号从火星传到地球上来现在是对应着22分钟的时间,那么地面上的师傅管理这个火星车就不可能那么及时,工作方式是每天地面上的师傅跟火星车说一次话,收一次数。就是未来24小时你要干什么工作,然后昨天24小时你干的工作成果给我汇报一下,大概就是这样的一种联系的方式。在执行任务的过程中,遇到能源不足等困难,都需要火星车自己应对。

有了这五大法宝的加持,火星车就可以安全地在火星工作了。

三、做一辆漂亮的火星车

我们不但要做一辆功能强大的火星车,还要做一辆漂亮的火星车。

我们尝试了各种形状的太阳电池板,最后发现我们设计的火星车越来越像一只蓝色的闪蝶。

火星车的太阳能电池片是深蓝色的,展开后像是蝴蝶的四个翅膀,两根天线向前展开,就像是蝴蝶的触角,车体前方的两台圆柱形设备,模拟的是蝴蝶的复眼,不过六足被六个车轮代替了。

四、飞向火星

这是我写的一首词,渔歌子。那是2020年4月初,我们团队来到了文昌市东面的龙楼镇,海南文昌发射场,执行天问一号火星探测器的发射任务。

火箭发射,雷霆万钧,那为什么是去第五重呢?由于我写的是古典诗词,没有采用现代科技的宇宙图景,用的是2000年前托勒密的地心说。那个时候,地球位于宇宙的中心,外面依次是月球、水星、金星、太阳、火星,火星位于第五重天,所以说云霄欲上第五重,这是古典诗词与航天梦想的浪漫联结。

那几天不忙,晚上我们拍摄了银河,恰好拍到了智子号飞船入侵太阳系,熟悉大刘三体的观众知道我在说什么。

发射那天我在朋友圈发了一张海报,没有用新华社拍摄的照片。

曾经有人说你P图的功夫可以啊,我骄傲地说,还真没有PS。一张照片被误解是P出来的,是对摄影师最大的鼓励。这两个瓶子是我们喝完饮料之后,破坏了一个细铁丝衣架,艰难地调整出来的这个角度。为了证明确实不是用的PS软件,看看这张拍摄失败的照片,当时我的助手在火箭发射的方向上设置错误,这么飞估计是飞不到火星的。

这不是最失败的,前面还有更失败的,就不展示了。

真正去火星的路,比拍照肯定更艰难。出发的机会每隔26个月才有,大概20天左右的时间,被称为火星探测器的发射窗口。为什么不是什么时候想去就去?那是因为现在人类的航天技术水平,远没有达到宇宙任我行的阶段。

天问一号飞七个月,路程4.75亿公里,才到地球邻居火星。“天问一号”探测器分上下两层,下层环绕器只在火星轨道飞,上层像飞碟的要进入火星大气层,着陆到火星表面。降落过程约9分钟,分四阶段:最初速度每秒4到5公里,90%能量靠空气阻力减掉;第二阶段降落伞进一步减速到每秒60米;第三阶段发动机工作,火星表面选精细着陆点,可做横向机动;最后靠四条缓冲腿稳稳落在火星表面。

整个EDL过程复杂,地面要充分试验。这就是试验的设备,有很多记者和国外的使节,曾经到这里参观,绝大多数人就是正面照一张照片,我想有点创意,所以就把这些记者,参观的使节耗走了,晚上的时候,来到这个架子的下面,对着正上方拍了189张照片,然后选择其中的一部分,大概是一半,凑成了这张图片,不知道在座朋友,有没有喜欢那种星野,或者是搞星轨拍摄的,那么可以看一下,说你这个怎么星轨都不连续啊,是故意的,我留下来这个字的意思是,划点划划划点点点点划,点划划划划,对应的莫尔斯密码,翻译过来的意思是“天问一号”。

左边那张图片证明的是落了,右边那张图片证明的是,车已经行驶到了火星的表面上,这对我们来说是一个标志的点。然后还要拍一下着陆平台,有的网友就比较细心,看到了我们藏在火星车,车轮上的一个小的秘密,仔细一看,刚才那张照片的车辙印,能够看到“中”字。

我原来也是做月球车的,我们比较关心这个车,在星球表面上走的时候,到底是正常行驶,亦或是发生了沉陷,但是过去看那个车辙,看的不是特别清晰,那么想了一个办法,就是如果我们发现,两个“中”字之间的距离是1米,证明我们的火星车,正常行驶在火星,比较坚硬的地面上,如果要是两个字之间那个距离只有0.5米,那就说明在打滑,很可能也就伴随着,比较大的一个沉陷,就比较危险了,最主要的目的,实际上是测量车的滑移率。

至于汉字那么多,为什么单选了中字,相信同学们都会了解其中的考虑,那是因为负责车轮的设计师,老家是河南的。

这是从火星传来的,火星车的一个自拍照,自拍照怎么拍的呢,它就是在这个车上放了一个相机,然后它向前走,其实走了5米多,然后把相机释放,掉到地上,然后它再往后退,退到5米多的时候,形成了这张车的自拍照,然后再接着往后退,退的更远的一个位置的时候,就和着陆平台又拍了一张合影。为了这点事,其实我们费了好多好多的心思。

当然也还有淘气的网友,做了进一步的处理,左边这个应该是一个吃货,右边这个应该也是一个吃货。我相对来说,比较喜欢右边的这一张,把它放在了朋友圈,我写的是,华夏农耕文明的最远抵达。

工作100天了,我们走了1000米,在路上中间那个位置上,还去看了一下,落在火星上的背罩和降落伞,完成了3个月寿命的要求了,那天晚上我写了几个字,算是打油级别的诗吧,叫作三月三千尺,天天添里程,悬心终落地,谈笑始高声,我不知道能不能理解我们设计师,就是在那种比较大的压力之下吧,然后释放完了之后的那种感触。

我们的祝融号一路向南,不断前进,不断探测,用火星的沙,画出了航天人的梦想与追求。工作一年的时候,火星车要休息一下了,因为阳光直射南半球,北半球的火星车感觉到能源不够,进入休眠状态。

五、深空探测的未来

未来,会有更多的探测器去往月球,去往火星。

比如说,嫦娥七号会奔赴月球的南极,对永久阴影区进行探测。这对探测器的智能水平要求就更高了,阴影区内一片漆黑,要求探测器有更强的本领在这样的条件下工作,这里是不是有水?往哪里行进最有可能发现水?如果发现能源紧张,还需要赶紧撤离。

在火星样品采样的过程中,也有很多问题需要解决。比如说,如何在火星的表面智能地采集最有价值的火星土壤和岩石样品?在遥远的火星,探测器如何捕捉到小小的样品容器?哪一天从火星启程才能顺利地回到故乡?

展望更遥远的未来,小行星、彗星、木星等等都纳入到了航天人关注的视野,有的已经进入到研制阶段,相信不久之后,大家就能够收到好消息。不久之后,航天员会在月球之上留下中国人的足迹,也许登上火星的航天员就是同学们的孩子。也许有一天人类会移民火星,购买的船票不再包括返程,也许有一天在火星晶莹剔透的玻璃城堡里面可以召开这样一场火星大学的盛会?

从仰望星空的少年,到托举火星车的工程师,我的脚印不过是一条纤细的轨迹。神舟把中国人一次次送入自己的空间站,嫦娥让月宫不再是神话,天问和祝融把“敢上九天揽月”刻在了红色星球——每一次点火,都是14亿心跳的同频共振;每一次跨越,都把“小我”的微光熔铸成“大我”的银河。今天,当我看见更年轻的你们眼里闪着同样炽烈的星光,我知道,这条银河还将伸向更远的深空。

同学们即将开始新学期的学习,送给大家一句祝福:

以天为案,挥洒诗篇,云霄更上九重巅。