天问一号上的“科技新元素”
杨 庆 武勇江 本报记者 王凌硕
5月15日7时18分，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。
天问一号成功的背后，离不开大量“科技新元素”的支撑。
相控阵敏感器：太空“千里眼”优势多
我国此次火星探测，旨在通过一次发射实现对火星的环绕、着陆和巡视。作为位置和速度测量的重要仪器，相控阵敏感器在着陆阶段，为航天器持续提供高精度测量数据，成功助力着陆巡视器安全着陆火星表面。
相控阵敏感器安装在火星着陆巡视器进入舱着陆平台下方，作用范围达数十千米，可谓火星探测器的太空“千里眼”。它和其他不同原理的测量敏感器密切配合，接力引导航天器平安降落在火星上。
航天器从130多公里的高空进入火星大气，速度高达5.9公里/秒。要在短短几分钟内，让航天器速度归零，是所有火星探测任务中技术难度最大、失败概率最高的关键一环。
相控阵敏感器总工程师孙武介绍，这是国内首次将相控阵体制雷达应用于地外天体着陆测量。因火星和地球间距离漫长，通信存在一定时延，在地球上无法控制着陆过程，必须让着陆巡视器自主完成这段旅程，这对敏感器提出的要求极为苛刻。
孙武说：“相控阵敏感器的雷达天线由多个辐射单元组成，就像生物学中蜻蜓的复眼，具有波束扫描快、指向灵活、目标容量大、抗干扰能力强等特点。”
此外，相控阵敏感器具有提供9个方向的测量功能，航天器可切换其中任意4个方向同时测量距离速度信息，从而快速修正航天器的姿态测量误差，确保着陆巡视器方向控制准确无误。
悬架减速自锁装置：小型“传动器”作用大
火星表面地形复杂，祝融号火星车如何准确传递运动指令，进而灵活行走、爬坡下坎？这一切离不开火星车移动分系统核心传动部件——悬架减速自锁装置。没有它的支持，火星车就如断线的风筝。
如果将火星车比作一辆马车，那么悬架减速自锁装置就是驾驭这架“马车”的“车夫”。在火星车左右两侧悬架上，分别装备了2种结构精密的悬架减速自锁装置。该装置体形小、重量轻，整套传动装置相互配合，使火星车6个行走车轮独立实现抬升和降落，实现车体姿态和高低调节，以适应火星表面地形，保证爬坡下坎行动自如。
火星探测任务的重头戏就是在火星表面巡视，这个过程必须万无一失。项目技术负责人贺志斌告诉记者，他们花了整整半年时间，从原材料、热处理、机械加工、精密测试与试验等基础方面入手，通过不断探索和开拓创新，一路闯过了多道难关，确保了火星车在转向、过坡中更自主灵活。
纳米气凝胶：“超薄外套”脱颖而出
为确保天问一号探测器成功降落火星并正常工作，火星车采用了一种新型隔热保温材料——纳米气凝胶。它不仅可用来应对极热和极寒两种严酷环境，且凭借其超轻特性，能极大地减轻火星车的负担，让它跑得更快、更远。
纳米气凝胶是由纳米尺度固体骨架构成的一个三维立体网络，密度可做得比空气还低，是世界上最轻的固体；导热系数仅为静止空气的一半，是导热系数最低的固体。这使它成为天问一号应对极寒、极热等严酷环境所需防护材料的不二之选。
火星着陆阶段，着陆发动机产生的热量会使周围温度超过1000℃，这种极热考验超出了世界上气凝胶材料的耐温极限；而极寒考验出现在火星巡视阶段，要能确保火星车在-130℃的环境正常工作。更难的是，为给火星车减负，需要气凝胶具有超低密度，这对材料设计和制备都提出了巨大挑战。
据悉，天问一号探测器上用到的气凝胶材料，先后经过了物理特性、力学性能、隔热性能和空间环境耐候性能等近百项测试。