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第三章 火星，中國來了

“日月安屬？列星安陳？”

早在兩千三百年前，屈原就在《天問》中，發(fā)出了對(duì)宇宙洪荒、天地自然的疑問。盡管現(xiàn)代天文學(xué)已經(jīng)可以非常精確地回答這一問題——太陽系的引力維系著八大行星繞其公轉(zhuǎn)。然而關(guān)于生命、人類、太陽系乃至宇宙的起源，仍有諸多未解之謎。

二〇二〇年七月二十五日。

中國文昌航天發(fā)射場(chǎng)。

“各號(hào)注意，十五分鐘準(zhǔn)備！”

十二時(shí)二十六分，隨著01號(hào)指揮員洪亮的口令，發(fā)射塔下最后一批工作人員全部撤離。

“五、四、三、二、一，點(diǎn)火！”

十二時(shí)四十一分，一團(tuán)烈焰噴薄而出，撼天動(dòng)地的轟鳴聲響徹海天，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭托舉著天問一號(hào)火星探測(cè)器騰空而起。

火箭飛行三十六分鐘后，與探測(cè)器分離——在距離地面五百千米高度，為探測(cè)器提供了大于第二宇宙速度的初始速度，探測(cè)器準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。

帶著中華民族千年期盼，天問一號(hào)火星探測(cè)器踏上了四億多千米、二百零二天的漫漫征程，向著火星進(jìn)發(fā)。

整個(gè)文昌航天發(fā)射場(chǎng)還沉浸在喜悅之中，中國首次火星探測(cè)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋的手機(jī)短信提示音響了，他打開一看——短信是孫家棟院士發(fā)來的：“祝賀成功！”

盡管只有簡(jiǎn)單的四個(gè)字，卻飽含著孫家棟對(duì)天問一號(hào)的高度關(guān)注。

張榮橋禁不住心頭一熱，默念著：“孫老啊孫老，天問一號(hào)寄托著您多少期望，凝聚著您多少心血……”

他在仰望著星空，他在久久地仰望著星空。

我們無法知曉孫家棟院士每次仰望星空時(shí)，日月星辰會(huì)在他的腦海中如何重新進(jìn)行組合、排列、運(yùn)行，他的心靈又會(huì)怎樣地火花四射……

人類的飛天探索遵循由近及遠(yuǎn)、由無人到有人的發(fā)展規(guī)律。在開展地月范圍航天活動(dòng)同時(shí)，人類將觸角延伸到了地月系之外的行星際空間。一九六〇年三月十一日，美國發(fā)射了世界上第一顆深空太陽探測(cè)器先驅(qū)者五號(hào)，到二〇一八年的近六十年間，除月球探測(cè)外，各國和組織共實(shí)施了一百二十七次深空探測(cè)任務(wù)，在探測(cè)對(duì)象上，已覆蓋太陽系各類型天體。一九七七年，美國發(fā)射的旅行者一號(hào)探測(cè)器已經(jīng)飛行了四十三年，飛離地球二百一十億千米，成為深空探測(cè)標(biāo)志性成就。

作為一名“飛鳥型”戰(zhàn)略科學(xué)家的孫家棟，飛得更高、更遠(yuǎn)、更深是他永遠(yuǎn)的夢(mèng)想……

二〇一〇年八月，孫家棟聯(lián)合徐匡迪、王禮恒、沈榮駿、王永志、張履謙、戚發(fā)軔、龍樂豪幾位院士致信中央領(lǐng)導(dǎo)，提出：我國載人航天向深空發(fā)展是必然的趨勢(shì)，其發(fā)展可分兩步走。第一步，先載人登月，同時(shí)開展可能的無人深空探測(cè)。第二步，實(shí)施無人與載人的更遠(yuǎn)、更深空的探測(cè)?？紤]到重大航天工程研制周期長(zhǎng)，需攻克的新技術(shù)多，需要國家盡早決策。當(dāng)前已具備開展前期綜合論證的條件，建議有關(guān)主管部門盡快組織開展載人登月和深空探測(cè)工程綜合論證。

二十六家單位共五十一名專家組成論證組，首次月球探測(cè)工程總指揮欒恩杰、總設(shè)計(jì)師孫家棟、應(yīng)用科學(xué)首席科學(xué)家歐陽自遠(yuǎn)作為高級(jí)顧問，開展“深空方案”論證。

“深空方案”的總體目標(biāo)是：深空探測(cè)圍繞太陽系及地月系統(tǒng)起源與演化、小行星和太陽活動(dòng)外地球的影響、地外生命信息探尋等重大科學(xué)問題，以火星為重點(diǎn)，統(tǒng)籌開展太陽系天體探測(cè)，形成探測(cè)太陽系各類天體的能力，取得重大科學(xué)成果，在深空探測(cè)領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平。

一想到火星，孫家棟那雙瞇縫著的眼睛，頃刻間便閃閃爍爍，光芒四射。

火星是太陽系八大行星之一，被稱為地球的“姐妹星”。其半徑約是地球的一半，體積約是地球的七分之一，自然環(huán)境與地球最為接近，兩者幾乎都形成于約四十五億年前。兩者的組成結(jié)構(gòu)也大致相同，都有核、幔、殼。火星與地球有著相似的自轉(zhuǎn)周期，一個(gè)火星日大約二十四小時(shí)三十九分鐘，而且它還和地球一樣，也有四季更迭。人們對(duì)火星格外青睞的原因是，在火星上發(fā)現(xiàn)了海岸線遺跡、河道痕跡、湖泊沖積扇等流水地貌痕跡。這些表明，火星可能在幾十億年前曾經(jīng)有過大規(guī)模的液態(tài)水。有水，就代表著有生命存在的可能。

火星是目前人類除地球以外研究程度最高的一顆行星，用空間探測(cè)器探測(cè)火星，幾乎貫穿整個(gè)人類航天史。火星探測(cè)是一項(xiàng)極具創(chuàng)新和挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)工程，一是需要解決極端環(huán)境下的材料、元器件、結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)、儀器儀表和相關(guān)制造工藝等基礎(chǔ)技術(shù)，突破人工智能、高效能源、自主導(dǎo)航、精確控制、遠(yuǎn)距離測(cè)控通信等高新技術(shù)，攻克我們尚不確知的火星大氣、地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及對(duì)其開展遙感探測(cè)等前沿技術(shù)。二是帶動(dòng)科學(xué)進(jìn)步。通過對(duì)所獲得的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)的研究，必將擴(kuò)展人類對(duì)火星的認(rèn)知，增長(zhǎng)人類的知識(shí)。三是振奮民族精神、增強(qiáng)國家凝聚力，培養(yǎng)造就創(chuàng)新型人才。

“考慮到我國的火星探測(cè)起步晚了，應(yīng)有更高的起點(diǎn)，所以，我們應(yīng)該結(jié)合探月已經(jīng)走過的第一步和第二步的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，‘一步實(shí)現(xiàn)環(huán)繞、著陸和巡視，二步完成采樣回’。”

在一次專家論證會(huì)上，孫家棟發(fā)表了自己經(jīng)過深思熟慮后對(duì)火星探測(cè)的建議。

火星探測(cè)一次實(shí)現(xiàn)“繞、落、巡”，這在國際上還是第一次，沒有哪個(gè)國家一次任務(wù)就能同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)繞和著陸巡視。

孫家棟說：“本該兩次發(fā)射完成的，我們一次完成，可以取得更好的發(fā)展效益。無論從技術(shù)角度還是科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)獲取的角度，通過一次工程的實(shí)施，會(huì)讓無論是技術(shù)，還是科學(xué)的帶動(dòng)性更強(qiáng)。有風(fēng)險(xiǎn)、有難度，但我們已經(jīng)基本具備了這樣的技術(shù)條件。這些年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，在制定科學(xué)目標(biāo)時(shí)，應(yīng)有創(chuàng)新、有突破，不能在原地踏步。目標(biāo)高一些，能激發(fā)大家的激情和創(chuàng)造力，我們努努力、踮踮腳、伸伸手，是一定有可能實(shí)現(xiàn)的?！?/p>

孫家棟的建議獲得了專家的一致贊同，為中國火星探測(cè)畫出了最佳路線圖。

此時(shí)，二〇一六年的發(fā)射窗口已經(jīng)關(guān)閉。距離二〇一八年的發(fā)射窗口只有兩年多一點(diǎn)的時(shí)間，研制周期顯然不夠。最佳的發(fā)射窗口應(yīng)該是二〇二〇年。

火星，二〇二〇，中國即將到來！

張榮橋總設(shè)計(jì)師鄭重其事地告訴我：“去火星不是你想走就能走的旅行?！?/p>

“地球和火星繞太陽公轉(zhuǎn)，地球運(yùn)行到火星和太陽之間，三者在一條直線上時(shí)就發(fā)生火星沖日。沖日時(shí)，火星離地球較近。由于受到地球和火星繞太陽運(yùn)行規(guī)律的約束，從地球發(fā)射探測(cè)器到達(dá)火星，每隔二十六個(gè)月才有一個(gè)機(jī)遇期，每個(gè)機(jī)遇期一般在十五天左右，每一天大約有三十分鐘，這就是大家經(jīng)常聽說的發(fā)射窗口。如果錯(cuò)過這個(gè)‘發(fā)射窗口’，就要再等上二十六個(gè)月。”

張榮橋講得太專業(yè)了，我只記住一個(gè)名詞——發(fā)射窗口。

張榮橋說：“成功實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)，必須闖過發(fā)射、通信、控制、能源、環(huán)境、入軌、著陸、工作八大難關(guān)，搭載火星探測(cè)器的火箭必須是大功率火箭。從發(fā)射到達(dá)火星，探測(cè)器需要飛行二百〇二天，行程四點(diǎn)七四七億千米。在奔赴火星過程中，安排四至五次中途修正，以保證探測(cè)器能準(zhǔn)確到達(dá)與火星交會(huì)的位置；在火星近火點(diǎn)處，通過探測(cè)器攜帶的發(fā)動(dòng)機(jī)減速，使之被火星捕獲，進(jìn)入周期約十天的環(huán)火橢型軌道；隨后，實(shí)施兩次近火制動(dòng)，進(jìn)入周期約兩天的橢圓停泊軌道；之后，在距火星表面一點(diǎn)八萬千米處環(huán)繞器與著巡視器分離。分離后，環(huán)繞器進(jìn)行升軌控制和軌道調(diào)整，進(jìn)入火星中繼軌道。著陸巡視器分離后，歷經(jīng)二點(diǎn)五小時(shí)飛行進(jìn)入火星大氣，再經(jīng)過氣動(dòng)減速、降落傘減速、動(dòng)力減速，軟著陸于火星表面?；鹦擒囋谥欣^測(cè)控支持下，從著陸平臺(tái)駛離，建立火星表面工作狀態(tài)……”

張榮橋見我全神貫注，聽得兩眼一眨也不眨，停了下來，忙說：“請(qǐng)喝水吧，咱們歇口氣兒?！?/p>

張榮橋在給我上“奔火科普課”呢，只是，再“科普”，我還是聽得有些云遮霧罩。

“相比于地球軌道衛(wèi)星，火星探測(cè)工程中天地之間的距離增加了一萬倍。相比月球探測(cè)，火星探測(cè)工程中天地之間的距離增加了一千倍。距離遠(yuǎn)導(dǎo)致了兩個(gè)物理現(xiàn)象，它帶來的最大問題首先是信號(hào)衰減與距離的平方成反比，因此地面接收的強(qiáng)度相應(yīng)降低到月球探測(cè)工程的百萬分之一，對(duì)此，我們需通過建設(shè)七十米口徑的大天線和建設(shè)多個(gè)三十五米口徑的天線組成接收陣，來接收遙遠(yuǎn)火星發(fā)出的微弱信號(hào)。其次是電磁波傳輸需要時(shí)間，我們稱之為‘時(shí)延’。在探測(cè)器到火星進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，地火相距一點(diǎn)九五億千米，時(shí)延是十點(diǎn)八分鐘。在著陸火星時(shí)，火星距離地球最遠(yuǎn)達(dá)到四億千米，電磁波傳播單程需要近二十三分鐘。由于距離遠(yuǎn)，人無法參與實(shí)時(shí)控制和管理，所以環(huán)繞和著陸這些關(guān)鍵的過程都是靠探測(cè)器自主完成的。第三個(gè)難點(diǎn)是我們對(duì)火星的自然環(huán)境不了解，這就對(duì)探測(cè)器的設(shè)計(jì)提出了極高的要求……”

工程建設(shè)過程中，張榮橋他們遇到問題時(shí)經(jīng)常向?qū)O家棟求助，孫家棟成了他們心目中的“定海神針”。孫家棟說，解決難題就需要?jiǎng)?chuàng)新，解決了難題就是發(fā)展。這些年來，我們通過重大工程的研發(fā)實(shí)現(xiàn)來解決難題、提升能力，促進(jìn)了科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，這就是我們開展火星探測(cè)工程最根本目的和意義之所在。

有一次，孫家棟問張榮橋：“火星探測(cè)器使用的元器件一共有多少個(gè)？”

“十五萬個(gè)左右吧?！?/p>

“火箭使用的元器件呢？”

“也差不多是十五萬個(gè)?！?/p>

孫家棟說：“所以，你這位工程總設(shè)計(jì)師，在天問一號(hào)發(fā)射的那一刻，要保證所有的設(shè)備設(shè)施都完好、所有的操作都精確到位。這就如同一個(gè)交響樂團(tuán)的總指揮，要把控好所有的樂手，讓所有的樂器共同奏出一曲美妙的樂章。”

天問一號(hào)火星探測(cè)器也將演奏出一曲美妙的《深空交響曲》。

深空探測(cè)孕育出的精神，將成為人類一筆豐厚的財(cái)富。

……

黃傳會(huì)：中國報(bào)告文學(xué)學(xué)會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)，海軍政治部創(chuàng)作室原主任，享受國務(wù)院政府特殊津貼。出版有長(zhǎng)篇報(bào)告文學(xué)《托起明天的太陽——希望工程紀(jì)實(shí)》《中國山村教師》《中國貧困警示錄》《發(fā)現(xiàn)青年》《中國海軍三部曲》《為了那渴望的目光——希望工程20年紀(jì)實(shí)》《中國婚姻調(diào)查》《我的課桌在哪里——農(nóng)民工子女教育調(diào)查》《軍徽與五環(huán)輝映》《中國新生代農(nóng)民工》《潛航》《國家的兒子》《中國海軍：1949—1955》等，中短篇報(bào)告文學(xué)集《站在遼寧艦的甲板上》。曾獲莊重文文學(xué)獎(jiǎng)，全軍文藝新作品一等獎(jiǎng)，中國報(bào)告文學(xué)獎(jiǎng)，第十三屆中國圖書獎(jiǎng)，新中國六十年優(yōu)秀中短篇報(bào)告文學(xué)獎(jiǎng)，第一、三屆徐遲報(bào)告文學(xué)獎(jiǎng)，第六、九、十三屆中宣部五個(gè)一工程獎(jiǎng)，第六屆魯迅文學(xué)獎(jiǎng)等。