火星表麵成分探測儀(yi) 地麵光校調試  中科院上海技物所供圖

火星礦物光譜分析儀(yi) 標定調試  中科院上海技物所供圖

6月11日，國家航天局公布了“祝融號”火星車拍攝的首批科學影像圖，標誌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）承擔研製的科學有效載荷——火星表麵成分探測儀(yi) 。

除了火星表麵成分探測儀(yi) 外，上海技物所還承擔研製火星環繞器上的火星礦物光譜分析儀(yi) ，使該研究所成為(wei) 唯一承擔兩(liang) 個(ge) 有效載荷研製的科研機構。

上海技物所副所長、月球與(yu) 深空探測係列載荷指揮舒嶸介紹，火星表麵成分探測儀(yi) 將對著陸區的火星表麵元素、礦物和岩石開展高精度的科學探測，“於(yu) 6月4日開機，5日成功下傳(chuan) 第一組數據”。而火星礦物光譜分析儀(yi) 已於(yu) 2月28日開機，對預選著陸區域進行了多次探測。

《中國科學報》記者統計，上海技物所為(wei) 了更好地完成這次火星探索任務，創造了一係列“首次”。

“真槍實戰”那一刻的期待與(yu) 緊張

火星表麵成分探測儀(yi) 開機前，舒嶸團隊擔憂，它跟隨“祝融號”火星車經過“長途跋涉”後，身體(ti) 是否完好，能否“聽話”……成功下傳(chuan) 數據前，他們(men) 又擔憂，數據回傳(chuan) 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(nei) 心的緊張與(yu) 期待。

實際上，“祝融號”火星車降落的那一刻才是他們(men) 最為(wei) 緊張的時期。據統計，火星車成功降落火星表麵的成功率僅(jin) 有50%。即使火星車成功降落，火星表麵成分探測儀(yi) 經過落火時的熱衝(chong) 擊後狀態如何？附在火星車外側(ce) 且重量占火星車載荷超過1/2的探測儀(yi) 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，火星表麵成分探測儀(yi) 正常開機並在次日成功下傳(chuan) 第一組數據，舒嶸團隊成員異常興(xing) 奮與(yu) 激動。

“開機後，探測儀(yi) 對鈦樣品板進行了標定，並對‘祝融號’火星車附近的火星岩石進行了探測。”舒嶸表示，目前探測儀(yi) 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(yi) 等載荷的幫助。“著陸前，火星礦物質光譜分析儀(yi) 所獲取的科學數據有助於(yu) 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(yi) 主任設計師何誌平介紹，當天問一號進入環火軌道後，分析儀(yi) 於(yu) 2月28日第一次開機。

隨後，火星礦物質光譜分析儀(yi) 先後多次開機，成功獲得了科學數據，為(wei) 在火星上留下“中國印記”作出了貢獻。

《中國科學報》記者采訪時得知，這台載荷擁有國際先進的光譜探測能力，光譜探測範圍可達到0.378微米至3.425微米，探測譜段多達576個(ge) 。“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。”在何誌平看來，該譜段的價(jia) 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，由於(yu) 上述譜段被地球大氣吸收，所以從(cong) 未應用該譜段對地遙感觀測。

火星礦物光譜分析儀(yi) 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(yi) 器扔入火爐，再扔到冰塊，循環往複。”上海技物所副研究員、火星礦物光譜分析儀(yi) 紅外麵陣探測器主管設計師周鬆敏比喻。

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(men) 為(wei) 了使其更好地適應“冰火兩(liang) 重天”的火星環境，在地麵進行了多達2000次試驗。

但火星礦物光譜分析儀(yi) 還沒有正式開展科學探測任務。“後續，當天問一號進入科學探測軌道後，分析儀(yi) 才正式工作。”何誌平說，他們(men) 也期待分析儀(yi) 能有更多的發現。

外國研究機構專(zhuan) 門分析他們(men) 的技術方案

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

但不同於(yu) 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(cong) 載荷上打出一束激光，利用高達上千攝氏度的瞬間溫度，將火星表麵物質激發出等離子體(ti) ，通過探測火花的光譜成分、氣體(ti) 成分等，高精度地分析出火星表麵元素成分，“可以分析出元素周期表中的絕大部分元素”。

“在12個(ge) 定標板中，采用了一個(ge) 法國的定標板，我們(men) 的數據可以與(yu) 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，研究團隊在火星表麵成分探測儀(yi) 上首次實現了0.9微米至2.4微米波段的自研銦镓砷探測器的航天應用。

上海技物所研究員、銦镓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(wei) 電信號，而以往任務的銦镓砷探測器探測波段隻有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(men) 研製的銦镓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(men) 項目組的多篇論文，專(zhuan) 門來研究分析其技術方案。

據悉，上海技物所這兩(liang) 台載荷繼承了嫦娥探月工程相關(guan) 載荷研製任務的經驗和基礎，對探測火星表麵元素與(yu) 礦物成分等具有重要意義(yi) ，將為(wei) 火星形成、地質演變研究提供重要科學依據。


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