上海造“火眼金睛”在火星留下“中国印迹”

“上海造”火星矿物光谱分析仪

“传回的火星照片上，我们看到了火星表面成分探测仪发出的激光留在火星岩石上的烧蚀痕迹。那一刻，真的太激动了！”由“祝融号”火星车拍摄的首批科学影像图的发布，标志着我国首次火星探测任务取得圆满成功。

在中国科学院上海技术物理研究所，自今年2月天问一号探测器实施火星捕获以来，科研人员就格外忙碌。该所承研的“祝融号”火星车有效载荷火星表面成分探测仪在6月4日开机，并于次日成功下传数据；预计下月，当环绕器进入科学轨道，另一台“上海造”火星矿物光谱分析仪也将再次开机，获取更多这颗红色星球的秘密。

截至6月11日，环绕器在中继轨道运行状态良好，“祝融号”火星车在火星表面已工作28个火星日。而玉兔二号月球车现在还在月球上工作着，这也意味着我国是当今世界唯一一个同时在两颗地外星球上拥有工作中的巡视器的国家。

一次激发探测多种元素

火星表面成分探测仪安装在“祝融号”火星车的右前侧，五星红旗的上方就是。“仪”如其名，它结合主动激光诱导击穿光谱探测和被动短波红外光谱探测技术，对着陆区的火星表面元素、矿物和岩石开展高精度的科学探测。从它的“来信”看，探测仪遥测数据正常，工作状态稳定。“这些数据非常漂亮！”上海技物所副所长、月球与深空探测系列载荷指挥舒嵘兴奋地说。

说它“主动”，是因为火星表面成分探测仪能向周围目标主动发射激光，气化产生等离子体，而等离子体在冷却过程中会辐射出原子光谱，这就代表某个元素的“指纹”。只要能测到等离子体冷却过程中产生的光谱曲线的位置，就能知道它代表什么元素，信号的强度能够反映元素的含量。元素周期表里面绝大部分元素都能测，一次激发就能同时探测多种元素。

讲它“被动”，则是指火星表面成分探测仪通过被动的短波红外光谱测量开展分子层面的研究，以此测定化合物的成分。舒嵘还告诉记者，设备同时采用了中国与法国两个定标板，我们的数据可以与国际上既有数据相互验证。

“火眼金睛”能力超强

另一台上海技物所承研的有效载荷——火星矿物光谱分析仪早就“开工”了。2月28日，它就顺利开机。在“祝融号”火星车着陆前，又多次开机对预选着陆区域进行了探测，获取了火星表面高空间分辨率成像光谱数据、高光谱分辨率光谱数据以及对空间冷背景、定标灯及太阳光的定标数据。研判结果表明，分析仪获取的火星表面图像纹理清晰，遥测和科学数据正常。

“进入环火轨道到落火之间的几次开机，是计划外的动作。”上海技物所研究员、火星矿物光谱分析仪主任设计师何志平透露。他与天问一号有着特殊的缘分——发射当天，正好是他的生日。“我国首次火星探测任务就要完成‘绕落巡’，‘落’的地点很大程度上决定了‘巡’能带来的预期科学成果。火星矿物光谱分析仪能初步了解预选着陆区域的矿物成分及其分布，这些数据能对‘落火’起到辅助支撑的作用。”何志平说。

这台载荷的光谱探测范围可以从0.378微米延伸至3.425微米，探测谱段多达576个。何志平自豪地表示，火星矿物光谱分析仪在“专业技能”上，能打高分——光谱分辨率和定标精度，优于国际同类仪器。“特别是2.4微米-3.4微米谱段的高光谱，还是我国首次在空间验证。其中的2.7微米-3.3微米谱段，适合探测水分子和羟基，也能可靠区分水冰和干冰。”

后续，火星矿物光谱分析仪将在近火段800公里以下轨道，采用推帚式成像、多元实时动态融合的总体技术方案，获取火星表面地貌图像与相应位置的光谱信息。

期待“祝融号”跑得更远

火星上的严酷空间环境，最让科研人员担心。孤独的“祝融号”，白天要面临太阳的炙烤，夜晚又是严寒的考验。“这相当于它一会儿进烤炉、一会儿又被扔进冰窟，而且每天要来一遭。”火星表面成分探测仪电子学主管设计师张振强打比方说。在研发载荷时，科研人员按-100℃的标准设计，这在太空被证明是正确的——数据显示，火星夜晚最冷时，有-92℃。为此，科研人员在探测仪“防寒保暖”方面下足功夫，使其可以在大范围的极端温度区间内正常工作。好在，火星正进入夏季，天气相对稳定，气温也正逐渐升高，是巡火探测的好时段。

舒嵘介绍，目前“祝融号”火星车以三天为一个工作周期，通过指令预设单元探测任务后，实现全自动操作。它们探测到的光谱数据预存在火星车里，再定期借由环绕器传回地球。研究人员希望通过优化流程，将工作周期缩短。

虽然“祝融号”火星车的设计寿命只是几个月，大家对它超期服役充满信心，也期待它能跑得更远、看得更多。“现在它所处的是乌托邦平原南部的一隅，所获得的遥测数据显示，周边地貌差不多。如果‘祝融号’跑得远一点，遇到更丰富的地貌，就可以停下来工作一段时间。”舒嵘说。本报记者 郜阳