“探火”總設(shè)計師張榮橋：為人類認知宇宙貢獻中國力量

張榮橋永遠忘不掉一年前的那個清晨。

2021年5月15日凌晨，在距地球3.2億公里外的火星軌道，天問一號著陸巡視器與環(huán)繞器分離后，按照預(yù)定的軌跡，進入火星大氣層。著陸巡視器展開配平翼，彈出降落傘，分離防熱大底和背罩，著陸平臺伸開著陸腿，一系列的動作之后，在距離火星表面100米的高度上懸停，尋找著最適合的著陸點，最后緩緩降落。著陸平臺在跨越“黑色九分鐘”后，于7時18分穩(wěn)穩(wěn)落在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，中國首次火星探測任務(wù)著陸火星成功了。

成功著陸的那刻，有人無意間拍到張榮橋落淚的樣子，相關(guān)短視頻當天就刷了屏。他事后回憶這一瞬間，只留下12個字：“不能自已，流下淚水，有甜有咸。”

中國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功，在國際上引起巨大反響。工程總設(shè)計師張榮橋，于近日獲評“2021-2022影響世界華人大獎”。

“十年磨一劍”

步入航天領(lǐng)域，始于機緣巧合。

張榮橋出生于安徽祁門縣，當年填報高考志愿時，老師給了他兩個字的建議，“偏”——找偏遠地區(qū)的高校，“冷”——選冷門的專業(yè)，這樣錄取概率更大。因此，他選擇了西北電訊工程學(xué)院(今為西安電子科技大學(xué))電磁場與微波技術(shù)專業(yè)。

1988年本科畢業(yè)后，張榮橋進入中國空間技術(shù)研究院繼續(xù)深造，選擇的仍然是老專業(yè)——空間電磁場。畢業(yè)后在中國空間技術(shù)研究院，一干就是13年，主要從事衛(wèi)星測控和遙感信息處理方面的工作，后加入探月工程團隊，曾擔任探月工程副總設(shè)計師。

2010年，隨著中國提出火星探測設(shè)想，張榮橋根據(jù)組織安排，開始從事工程的規(guī)劃論證和立項工作，也是“十年磨一劍”。

但工作之初，他深感這項工作就兩個詞：難，重要。

難，成功很難。——火星一度被航天界稱為“航天器的墓地”。目前，國際上47次火星探測任務(wù)中，僅25次成功或部分成功，而火星著陸任務(wù)的成功率更是僅有45%，工程實施難度不言而喻。

重要，即意義重大。——“探測地外行星是我們認識宇宙奧秘的一個重要途徑和手段。”張榮橋說，“開展深空探測不僅有助于人類了解太陽系和生命起源與演化規(guī)律，推動社會經(jīng)濟發(fā)展和人類文明的持續(xù)進步，也是國家綜合國力和創(chuàng)新能力的體現(xiàn)，我們中國人也應(yīng)該在這個領(lǐng)域有所建樹。”同時，深空探測成為當今世界航天活動的前沿領(lǐng)域，對國家科技發(fā)展、經(jīng)濟建設(shè)、社會進步具有十分重要的意義。

但第一次去火星，應(yīng)該怎么走？張榮橋坦言，這是論證階段花力氣最多、爭議最大的一個問題。

當時，項目組深知火星探測的難度，曾考慮采取類似探月工程“繞、落、回”三步走的方案，這樣風險相對較小，穩(wěn)扎穩(wěn)打。

“但我們還是心有不甘。”張榮橋說，“中國火星探測起步晚，同國外存在一定差距，但隨著我國成功實施載人航天和探月工程，為火星探測提供了一定的技術(shù)和設(shè)備基礎(chǔ)，我們不能只考慮風險，而要有擔當精神和攻堅克難的勇氣，一旦成功，不僅能節(jié)省經(jīng)費，更能在短時間內(nèi)完成技術(shù)跨越，使中國步入行星探測領(lǐng)域世界先進行列，這是我們幾代中國航天人的夢想，也是我國航天事業(yè)發(fā)展的必然選擇。”

經(jīng)過長時間的思想碰撞，專家們終于達成共識：我們“伸伸手”“踮踮腳”，一步實現(xiàn)“繞、著、巡”風險可控。

不過，這也意味著研制難度和風險加大，“說得直白一些，即失敗的可能性增加，這些都變成了研制人員的壓力。”面對巨大挑戰(zhàn)，工程團隊在項目初期就做好計劃，對技術(shù)方案進行反復(fù)設(shè)計確認，并開展了大量地面試驗驗證工作。

多個“第一次”背后

論證完成后，2014年9月，中國首次火星探測任務(wù)進入先期研制階段，兩年后正式立項。早在那時，就已定好發(fā)射時間：2020年7月下旬。

這不僅因為時值火星探測發(fā)射窗口期，更想趕在中國迎來第一個百年之際，讓中國的機器人在火星表面巡視。

“6年前確定的(發(fā)射)時刻，我們?nèi)缂s而行，遇到的困難和挑戰(zhàn)還是非常巨大的。”天問一號任務(wù)在我國航天發(fā)展史上實現(xiàn)了多個第一次：第一次實現(xiàn)探測器第二宇宙速度發(fā)射，第一次實現(xiàn)行星際飛行，第一次實現(xiàn)地外行星軟著陸，第一次實現(xiàn)地外行星表面巡視探測，第一次實現(xiàn)4億公里遠距離測控通信，第一次獲取第一手的火星科學(xué)數(shù)據(jù)，最為重要的是在國際上第一次通過一次任務(wù)成功實現(xiàn)了火星環(huán)繞、著陸和巡視三大目標。

每一個“第一次”背后，都有著無數(shù)科研攻堅的艱辛與挑戰(zhàn)。

受天體運行規(guī)律和技術(shù)的約束，每隔26個月才有一次發(fā)射窗口期，每次大約持續(xù)半個月，每天約30分鐘。一旦錯過，發(fā)射就要推遲26個月。但突如其來的新冠疫情給原本緊張的研制周期帶來巨大沖擊。原定于2020年發(fā)射的歐空局和俄羅斯的聯(lián)合火星探測項目，就因技術(shù)原因和疫情影響無奈延期。

“我們的工程研制人員面對疫情帶來的嚴重困難，勇于擔當，在各級政府和有關(guān)單位的大力協(xié)同、周密安排、密切配合之下，克服疫情對任務(wù)實施的不利影響，實現(xiàn)按計劃準時成功發(fā)射。”張榮橋說。

2020年7月23日，長征5號運載火箭搭載著天問一號探測器駛?cè)胄强眨?jīng)過202天的星際飛行和93天的火星環(huán)繞與著陸區(qū)詳查，綜合獲取到的有關(guān)于著陸區(qū)的各種信息后，張榮橋?qū)χ懭蝿?wù)充滿信心。

相比成功著陸的結(jié)果，張榮橋更關(guān)注過程，“因為過程決定結(jié)果。”為此，他們從研制伊始，就始終保持戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢、如履薄冰、如臨深淵的態(tài)度做好各項工作。

如針對火星大氣稀薄且具有不確定性，工程人員研發(fā)了氣動外形減速技術(shù)，確保著陸巡視器在著陸過程中保持穩(wěn)定姿態(tài)并高效減速；為適應(yīng)火星復(fù)雜地形，他們?yōu)榛鹦擒囋O(shè)計了六輪獨立驅(qū)動的主動懸架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，此外在碳化硅車輪上還有“中”字型的浮雕，既能用于標記行駛里程，又能在火星表面留下中國印記。

“過程關(guān)注到了，對于結(jié)果我們心里是有底的。”2021年5月15日，天問一號探測器平穩(wěn)降落在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，整個過程“像教科書那樣精準和順暢”。5月22日，“祝融號”火星車駛離著陸平臺，正式踏上火星大地，開啟巡視探測之旅。由此，中國首次火星探測任務(wù)一次實現(xiàn)火星“環(huán)繞、著陸、巡視”三大目標，工程取得圓滿成功，邁出了中國行星探測征程的重要一步。

目前，“祝融號”火星車已開展超過300個火星日的探險之旅，不僅傳回大量科學(xué)探測數(shù)據(jù)，還與歐空局“火星快車”軌道器開展了在軌中繼通信試驗。

開啟行星探測的新征程

2021年12月15日，張榮橋入選《自然》雜志“影響2021年科學(xué)事件的十位人物”，是當年榜單上唯一的中國人。近日，他亦獲頒“世界因你而美麗——2021-2022影響世界華人盛典”大獎，以表彰其作為中國首次火星探測任務(wù)工程總設(shè)計師，在世界科學(xué)研究領(lǐng)域做出的卓越貢獻。該獎項由鳳凰衛(wèi)視集團聯(lián)合海內(nèi)外多家華語媒體發(fā)起，共同推舉和表彰不同領(lǐng)域成就卓越、具有世界影響力的杰出華人典范。

“這不是我個人多么出色多么優(yōu)秀，而是世界上的同行對天問一號任務(wù)給予了高度的認同，我作為工程總設(shè)計師只是做了我應(yīng)該做的事情。”相比個人榮譽，張榮橋更將此視為對工程背后的五大系統(tǒng)、上千家研制單位、數(shù)萬名科技工作者十年工作的肯定。

曾有人問他，如果給中國首次火星探測任務(wù)打分，你會打多少分？張榮橋說：“若從研制要求來看，我們交了100分考卷，但在卷子之外，我們還可以做得更好。”有人認為這是一種謙遜之姿，也有人覺得頗有完美主義的味道，但張榮橋并不認同，他一直堅持實事求是、嚴謹務(wù)實的科學(xué)態(tài)度，精益求精。

截至2022年5月中旬，祝融號火星車已工作300多個火星日，累計行駛1921米，并回傳大量一手科學(xué)探測數(shù)據(jù)，這看似“超期服役”的成果，張榮橋卻覺得符合預(yù)期。

如今，隨著火星北半球進入冬季，太陽光照強度逐漸減弱，夜間氣溫降至-100℃以下，著陸區(qū)還出現(xiàn)了沙塵天氣，祝融號火星車開始進入休眠模式，等待年底火星北半球冬去春來時，再喚醒重啟。

在其上空數(shù)百公里外的環(huán)火軌道上，運行超700天的天問一號環(huán)繞器仍在不停的工作，其攜帶的7臺科學(xué)探測載荷已實現(xiàn)對火星的全球遙感探測。

“天問一號開啟了中國行星探測的新征程。”張榮橋說，“任務(wù)的成功不僅將極大推動中國空間科學(xué)，特別是行星科學(xué)研究的發(fā)展，通過工程掌握的關(guān)鍵技術(shù)和建成的設(shè)施，也將為后續(xù)工程奠定良好基礎(chǔ)，并提供重要的人才資源保障。”

按照中國行星探測工程的整體規(guī)劃，中國將以火星探測為主線，在2030年前后，陸續(xù)開展小行星探測、火星取樣返回和木星系探測等任務(wù)。

“人類迄今還沒有實現(xiàn)火星取樣返回，對我們來講挑戰(zhàn)巨大。”張榮橋說。曾有科學(xué)家稱，這是可以與阿波羅登月相媲美的人類科技創(chuàng)舉，可見其難度之大。但他認為，中國行星探測工程發(fā)展規(guī)劃是環(huán)環(huán)相扣的，天問一號火星探測任務(wù)已實現(xiàn)了火星到達和著陸巡視，正在開展的天問二號小行星取樣返回任務(wù)將實驗從地外天體采樣返回技術(shù)，而這些，都將成為天問三號火星取樣返回重要環(huán)節(jié)的先期驗證，通過逐步分解任務(wù)，破解技術(shù)難題。張榮橋表示“將以中國速度，不斷續(xù)寫中國行星探測的新高度。” (作者 盧伊)