▲火星表面成分探测仪性能测试

今天，我国首次火星探测任务天问一号探测器正式启程飞向火星。在火星环绕器和巡视车上，分别搭载了上海研制的“红外眼”和“激光眼”，它们将在“天问一号”抵达火星，巡视车成功着陆之后正式开机，执行火星表面矿物成分分析的科学任务。

火星巡视车上，会有一只伸出车身的“眼睛”，那是火星表面成分探测仪的探测头。这只“眼睛”会像科幻片里的外星人一样，“眼”放激光，凡是与这束激光接触到的矿物会瞬间气化，变成一缕等离子体的“轻烟”。而这缕“烟”所发出的光谱，就是火星表面成分探测仪用来获取物质元素的成分和含量的重要样品。经过研发团队的巧妙设计，这只“激光眼”可以探测从短波红外到紫外的各种光谱，还可探测氢氧元素，希望确定火星上是否有水存在。

▲火星表面成分探测仪鉴定件调试（从左到右舒嵘、金焱飞、徐卫明）

中国科学院上海技术物理研究所研究员徐卫明介绍，矿物成分探测设备已是火星车的“标配”，“这就像我们去到一个新景点，总会带上相机拍照留念，记录下当地风貌一样”。不过，去火星上“拍照”，难度非常高，尤其设备要对抗火星昼夜高达160℃的温差。“探测头一直在车舱外，即使在晚上-130℃的低温下，它也要靠自己挺过去，没有足够的热源保温，而白天又要在30℃的温度下工作。”他介绍，为此科研人员想尽各种办法，为仪器穿上“保温衣”。而中国科学院上海光学精密机械研究所则为火星表面成分探测仪研制了优质高效的激光器。

上海技物所是“天问一号”任务中，唯一承担了两个载荷研制的科研单位。另一个载荷——火星矿物光谱分析仪搭载在环绕器上，采用推帚式成像、多元实时动态融合的总体方案，同步实现轻小型、低功耗与高性能，可以获取火星表面可见光至中波红外宽谱段的光谱成像数据。

▲火星矿物光谱分析仪实验室测试

为了让仪器实现更精、更准的探测，获得高质量科学数据，科研人员“螺蛳壳里做道场”，将8千克的限定重量用到了极致。上海技物所研究员何志平介绍，他们想方设法降低载荷本身的红外辐射干扰，又通过高效自由曲面-光栅的分光组件，将接收到的信号“提纯”——干扰小、信号质量高，所获得的数据质量可能优于它的“前辈”们。

看好这些设备的性能和指标，欧洲航天局已与中方联系，希望能够使用中方设备所获得的数据。上海技物所副所长舒嵘透露，由于火星发射有时间窗口的限制，因此火星载荷的研制任务非常紧，整个团队七八十人，整整两年没有放过一天假，哪怕春节也没停歇。“我们从嫦娥系列开始承担载荷研制任务，培养起了一批业务骨干。”他说，因此在两年多的火星探测载荷研制中，又带动了一批年轻人的成长。

▲火星矿物光谱分析仪实验室测试

比如，为载荷做定标的徐睿就是上海技物所培养的博士。为载荷做定标，就好比为杆秤上定盘星，仪器测得准不准，标定是关键。他设计出了与卫星结合的、自行校正仪器状态的定标方式。

“我们让仪器自带一个已知光谱特性的灯，可以看太空，也可以看太阳，通过与它们的比较，可以使它在分析火星物质光谱时更加精准。”徐睿说，在这两年多里，他要同时和火星、嫦娥四号、嫦娥五号的科学家团队打交道，工作非常繁忙。这锻炼出了他“弹钢琴”式的工作能力，“阿联酋已成功发射了火星探测器，希望中国的‘天问一号’也能顺利抵达火星，希望我的努力能在中国火星探测任务中做出贡献”。

据悉，我国的天问一号探测器共搭载了13种有效载荷，其中环绕器上有7种、火星车上有6种，涉及空间环境探测、火星表面探测、火星表层结构探测等领域。

作者：许琦敏
图片：中科院上海技物所提供
责任编辑：任荃

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