低温“慧眼”将探火星有无干冰

项目组成员李飞飞正在进行整机热真空实验见习记者郜阳摄

大年初四，中科院上海技术物理研究所的空间环境模拟实验室里，已是一幅繁忙景象。再过几天，由该所独立研制的火星矿物光谱分析仪正样产品将交付。项目组成员李飞飞正在进行整机热真空实验，即将完成第二个循环。他兴奋地说，这一步骤完成后，设备就将转入低温存储试验了。在北京的航天飞行控制中心和国家天文台，也有中科院上海技物所科研人的身影——他们牵挂着远在月球背面的“玉兔二号”，“其实从嫦娥四号奔月起，我们就开始红外成像光谱仪状态追踪，确保数据正常。”主任设计师李春来研究员说。没能陪家人欢度猪年新春，对这群年轻人来说有些遗憾，但能为祖国的航天工程尽一份力，他们有着别样的骄傲。

情系玉兔

确保每项数据正常

嫦娥四号红外成像光谱仪能够探测月球表面在可见光到短波红外（0.45微米至2.40微米）谱段的精细光谱信息，它被安装在玉兔二号正前方，这只由中科院上海技物所研制的敏锐“眼睛”，在“四姑娘”落月后开始仔细察看月面的矿物组成。“1月4日，嫦娥四号迎来第一个月昼，红外成像光谱仪也第一次开机。此后，光谱仪和嫦娥四号一起进入午休，直至10日再次开机。”李春来讲起红外成像光谱仪的工作状态如数家珍，“第一个月昼在1月12日结束，至1月27日期间，仪器都处于休眠状态。”在此期间，李春来团队获取了红外成像光谱仪的第一组数据。“和预期一样！”话语里流露着兴奋。

在航天飞控中心和国家天文台，各有两名该所科研人员：前者通过工程参数判断仪器是否故障，后者则监测通过甚长基线干涉测量（VLBI）网传回的数据是否异常。监测时间多在夜里，凌晨2时至3时尤为关键。大年初四，玉兔二号再次被唤醒，红外成像光谱仪也开始了新一阶段的探测工作。“红外成像光谱仪对月球车前方0.7米的月表进行精细光谱信息获取，为月面巡视区矿物组成分析提供科学探测数据。”李春来表示，“到本月14日，第二个月昼工作期结束，玉兔二号又将休眠，到本月底开始又一轮新的探测。”“海上生明月，天涯共此时。值此新春佳节之际，我们祝福您身体健康，阖家欢乐。也希望红外成像光谱仪工作顺利！”这支平均年龄33岁的科研团队不忘送上新春的祝福。

逐梦火星

核心部件自己研发

五星红旗已飘扬在月球，火星离我们还会遥远吗？今年1月，国家航天局副局长、探月工程副总指挥吴艳华透露，中国首次火星探测任务将于2020年前后实施。这几日，中科院上海技物所科研团队正加紧开展环境试验的，正是火星探测器上将要搭载的重要科学载荷——火星矿物光谱分析仪。“和嫦娥四号上搭载的光谱仪不同，它不会随火星车落地，而是随火星环绕器在距离火星表面200~800公里的椭圆轨道上探测，通过远距离遥感获取火星表面精细光谱图像，以此来分析火星表面的矿物成分，并探测是否存在干冰。”李春来说。

完成火星矿物光谱分析仪的研发，摆在科研团队面前的难题可不少。我国已经熟练地掌握地球光谱成像遥感仪器研发技术，传统地球光谱遥感仪器设计重量在30公斤左右，而这次火星矿物光谱分析仪的重量却不到7公斤。李春来表示，团队需要在同等指标约束下将仪器重量缩小到四分之一，同时由于火星轨道环境特点，仪器的定量化设计方面也面临前所未有的挑战。常见的高光谱遥感，探测波段在0.4微米至2.5微米间。为了探测火星上是否存在干冰，这次科研团队将波段延展至3.4微米。“可别小瞧这0.9微米的‘一小步’，这是我国在空间高光谱探测领域首次涉足2.5－3.4微米波段，技术挑战很大。”李春来进一步解释，在地球上这一波段会被大气层吸收，而火星则可以接收到。

最令团队自豪的无疑是分析仪上的红外传感器。“数码相机中，CCD是能把光信号转化为电信号的一种图像传感器，红外传感器工作与之类似。”李春来介绍，“红外传感器上的芯片需要在零下200℃左右环境下工作，我们还需要配制冷机，这一核心部件也是我国自主研发的。”据介绍，高性能红外探测器均需制冷，探测波长越长，所需制冷温度越低。为充分发挥红外传感器芯片的作用，团队选择将其冷至近零下200℃，这在国际上也罕见。在攻克芯片过程中，团队积极探索新材料生长。“这就好像调药方，我们知道由碲、镉、汞组成，可比例是多少就需要不断实验。”经长期摸索，团队最终摸准“药方”比例，实现红外传感器芯片的自主化。这个新春佳节，火星矿物光谱分析仪也来到了收尾阶段。“我们从2016年就开始了这项任务，希望能够交上一份圆满的答卷。”李春来说。

见习记者 郜阳