5月15日，經(jīng)過漫長(zhǎng)的“奔火”和環(huán)繞火星的旅途后，我國火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器攜“祝融號(hào)”首輛火星車在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)著陸。19日，國家航天局發(fā)布我國首次火星探測(cè)天問一號(hào)任務(wù)探測(cè)器著陸過程兩器分離和著陸后火星車拍攝的影像。
圖一可見火星車正前方地形平坦， 從著陸平臺(tái)延伸到火星地面的坡道展開正常。
圖二可看到火星車太陽翼、天線均正常展開，太陽翼板很干凈，未見有火星灰覆蓋。
探測(cè)火星不僅是工程任務(wù)的突破，更是行星科學(xué)領(lǐng)域的突破。這次天問一號(hào)探測(cè)器由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，著陸巡視器包括“祝融號(hào)”火星車及進(jìn)入艙，總質(zhì)量約5噸。后續(xù)，這輛以中國神話傳說中火神命名的火星車將依次開展對(duì)著陸點(diǎn)全局成像、自檢、駛離著陸平臺(tái)并開展巡視探測(cè)。
環(huán)繞器攜帶了7臺(tái)科學(xué)儀器
天問一號(hào)探測(cè)器攜帶了13種科學(xué)載荷，其中7種在火星上空的環(huán)繞器上，分別是中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、次表層探測(cè)雷達(dá)、火星礦物光譜探測(cè)儀、火星磁強(qiáng)計(jì)、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀。
01 高分辨率相機(jī)
高分相機(jī)配置了五譜段的TDI CCD和國產(chǎn)自主研發(fā)的CMOS兩種成像探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)線陣推掃和面陣成像的兼容，有望獲得火表真彩色融合圖像及視頻圖像。相機(jī)研制過程中，突破了火星大橢圓軌道實(shí)時(shí)異速像移補(bǔ)償技術(shù)、星上自主太陽高角計(jì)算技術(shù)、星上自動(dòng)焦面識(shí)別技術(shù)、星上自動(dòng)調(diào)光技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。主要用于拍照火星表面重點(diǎn)區(qū)域精細(xì)觀測(cè)圖像，研究火星地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造。
02 中分辨率相機(jī)
中分辨率相機(jī)具備自動(dòng)曝光和遙控調(diào)節(jié)曝光功能，可在近火軌道可獲取分辨率為65m的中分辨率圖像，作為搭載在火星環(huán)繞器上的光學(xué)有效載荷，其主要任務(wù)是繪制火星全球遙感影像圖；進(jìn)行火星地形地貌及其變化的探測(cè)，包括火星表面成像、火星地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌研究。
03 火星礦物光譜探測(cè)儀
包括光學(xué)系統(tǒng)、在軌定標(biāo)組件以及電子學(xué)組件構(gòu)成，以寬譜段緊湊型高效分光技術(shù)、紅外譜段背景抑制技術(shù)、在軌復(fù)合實(shí)時(shí)定標(biāo)技術(shù)、紅外寬譜段輕型探測(cè)器組件技術(shù)等手段實(shí)現(xiàn)了0.45-3.4μm光譜，0.5mrad瞬時(shí)視場(chǎng)，12°視場(chǎng)的成像光譜探測(cè)能力，且重量?jī)H8kg，主要用于分析研究火星整體化學(xué)成分與化學(xué)演化歷史、火星礦物組成與分布以及析火星資源及其分布區(qū)。
04 次表層探測(cè)雷達(dá)
火星車次表層探測(cè)雷達(dá)是一種基于火星車平臺(tái)的高分辨率火星次表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)雷達(dá)，是實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)工程科學(xué)探測(cè)任務(wù)的重要載荷之一。它由雷達(dá)電子學(xué)單元、低頻通道發(fā)射天線、低頻通道接收天線、高頻通道發(fā)射天線、高頻通道接收天線、電纜組件六部分組成。該雷達(dá)包含低頻通道和高頻通道兩個(gè)通道。低頻通道用于巡視區(qū)深層的火星次表層結(jié)構(gòu)探測(cè)；高頻通道用于巡視區(qū)淺層火星表面土壤、冰層結(jié)構(gòu)的高分辨率全極化探測(cè)。
05 火星磁強(qiáng)計(jì)
火星環(huán)繞器有效載荷火星磁強(qiáng)計(jì)的主要功能為獲取火星空間磁場(chǎng)環(huán)境高精度數(shù)據(jù)，主要科學(xué)探測(cè)任務(wù)包括全面準(zhǔn)確地測(cè)量火星空間邊界層，探測(cè)火星南部局地巖層的剩磁及火星感應(yīng)磁層，研究近火空間處的行星際等離子體和行星際磁場(chǎng)，同時(shí)還會(huì)結(jié)合其他載荷儀器對(duì)火星大氣中的粒子逃逸等問題開展研究。
06 火星能量粒子分析儀
它用于繪制火星全球和地火轉(zhuǎn)移軌道不同種類能量粒子輻射的空間分布圖，研究近火星空間環(huán)境和地火轉(zhuǎn)移軌道能量粒子的能譜、元素成分和通量的特征及其變化規(guī)律。與其它幾臺(tái)儀器等聯(lián)合起來，還能夠用于研究近火星空間能量粒子輻射與大氣的關(guān)系，太陽風(fēng)暴能量粒子事件對(duì)火星大氣逃逸的影響與相互作用的規(guī)律，火星粒子加速與輸運(yùn)過程。
07 火星離子與中性粒子分析儀
火星離子與中性粒子分析儀可對(duì)火星空間環(huán)境中的離子和中性粒子參數(shù)進(jìn)行探測(cè)，研究火星大氣逃逸、太陽風(fēng)與火星的相互作用，了解火星大氣和水的演化歷史。此外，該載荷還探測(cè)太陽風(fēng)離子，研究太陽風(fēng)在行星際的傳播特性。該載荷在國際上首次將離子和中性粒子通過同一個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)探測(cè)，既能滿足性能指標(biāo)要求、又實(shí)現(xiàn)了載荷的小型化。由于探測(cè)參數(shù)的復(fù)雜性，該載荷還設(shè)計(jì)了多種探測(cè)模式，并且可以根據(jù)探測(cè)需求定義并選擇新的探測(cè)模式。在該載荷的研制和定標(biāo)過程中，與瑞士伯爾尼大學(xué)開展了國際合作。
“祝融號(hào)”攜帶了6臺(tái)科學(xué)儀器
“祝融號(hào)”火星車裝備了6種探測(cè)儀器，分別是次表層探測(cè)雷達(dá)、導(dǎo)航地形相機(jī)、多光譜相機(jī)、表面成分探測(cè)儀、磁場(chǎng)探測(cè)儀以及火星氣象測(cè)量?jī)x，這其中有近一半的載荷為光電載荷，光電載荷作為火星車的眼睛，對(duì)火星車的運(yùn)行、科學(xué)探測(cè)具有重要的作用。據(jù)公開報(bào)道，有效載荷均為科研院所研制，其中在光電載荷中，導(dǎo)航地形相機(jī)由北京控制工程研究所研制，多光譜相機(jī)由中科院西安光機(jī)所研制，表面成分探測(cè)儀由中科院上海技物所抓總，西安光機(jī)所、長(zhǎng)春光機(jī)所和上海光機(jī)所聯(lián)合研制。
01 次表層探測(cè)雷達(dá)
火星車次表層探測(cè)雷達(dá)是一種基于火星車平臺(tái)的高分辨率次表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)雷達(dá)，是實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)工程科學(xué)探測(cè)任務(wù)的重要載荷之一?；鹦擒嚧伪韺犹綔y(cè)雷達(dá)可以探測(cè)巡視區(qū)表面土壤厚度、冰層結(jié)構(gòu)，獲取火星地表和次表層超寬帶全極化回波數(shù)據(jù)；還可以探測(cè)巡視區(qū)次表層結(jié)構(gòu)，獲取次表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。
02 地形相機(jī)
導(dǎo)航地形相機(jī)由北京控制工程研究所研制，可以對(duì)火星表面進(jìn)行彩色成像，并獲取地形信息。導(dǎo)航地形相機(jī)在火星車上共兩臺(tái)，一左一右安裝在火星車的桅桿上，能夠?qū)鹦潜砻孢M(jìn)行三維全景成像，并獲得巡視區(qū)的地形和地質(zhì)構(gòu)造。地形相機(jī)同時(shí)還有導(dǎo)航功能，為火星車指路。
03 多光譜相機(jī)
由中科院西安光機(jī)所月球與深空探測(cè)技術(shù)研究室研制的多光譜相機(jī)，安裝在著陸巡視器的桅桿上，其主要科學(xué)用途為獲取著陸區(qū)及巡視區(qū)多光譜圖像，進(jìn)而進(jìn)行火星表面物質(zhì)類型分布的分析工作。相機(jī)通過濾光輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)8個(gè)光譜通道和一個(gè)可直視太陽全色譜段通道的調(diào)節(jié);通過調(diào)焦輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行焦距調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)1.5m到無窮遠(yuǎn)范圍的清晰成像;增設(shè)星上在軌定標(biāo)功能，提高成像質(zhì)量和采集數(shù)據(jù)的可靠性。濾光輪、調(diào)焦輪機(jī)構(gòu)、星上在軌定標(biāo)這三種新技術(shù)都是首次應(yīng)用于我國深空探測(cè)。
04 火星氣象測(cè)量?jī)x
它可以獲取溫度、壓力、風(fēng)速、風(fēng)向等關(guān)鍵的大氣狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)火星表面氣象情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。它能夠測(cè)量-120~50℃的溫度，分辨率可達(dá)到0.1℃；測(cè)量1-1500 Pa的壓力，分辨率為0.1 Pa；測(cè)量0-70 m/s的風(fēng)速，分辨率可達(dá)0.1 m/s；測(cè)量0-360°的風(fēng)向，分辨率為5°；還可以測(cè)量20 Hz-20kH頻率范圍內(nèi)的聲音。
05 火星表面磁場(chǎng)探測(cè)儀
火星表面磁場(chǎng)探測(cè)儀作為著陸巡視器的有效載荷。它包括位于桅桿上的磁傳感器和位于載荷控制器中的電子學(xué)單元，由中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研制。它將探測(cè)著陸區(qū)火星磁場(chǎng)，確定火星磁場(chǎng)指數(shù)；與HX環(huán)繞器磁強(qiáng)計(jì)配合，探測(cè)火星空間變化磁場(chǎng)，反演HX電離層發(fā)電機(jī)電流，研究HX電離層電導(dǎo)率等特性，完成對(duì)巡視區(qū)磁場(chǎng)的連續(xù)高精度矢量測(cè)量；嘗試?yán)锰烊淮艌?chǎng)躍變，探測(cè)HX內(nèi)部局部構(gòu)造。
06 火星表面成分探測(cè)儀
火星表面成分探測(cè)儀是火星車上的主要有效載荷之一，包括艙外的二維指向鏡、光學(xué)頭部、定標(biāo)樣品和艙內(nèi)的光譜儀和主控等4個(gè)單機(jī)，結(jié)合了主動(dòng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)探測(cè)和被動(dòng)短波紅外光譜探測(cè)技術(shù)，同時(shí)在原子尺度上和分子尺度上對(duì)物質(zhì)成分開展分析，對(duì)著陸區(qū)的火星表面元素、礦物和巖石等開展高精度的科學(xué)探測(cè)，對(duì)研究火星的形成、地質(zhì)的長(zhǎng)期演變過程等具有重要的科學(xué)意義。主要技術(shù)指標(biāo)和美國毅力號(hào)火星車上的SuperCam載荷相當(dāng)。
天問一號(hào)探測(cè)器的成功“落火”邁出了我國星際探測(cè)征程的重要一步。“祝融號(hào)”火星車已經(jīng)成功著陸，科學(xué)探測(cè)儀器也將陸續(xù)開始科學(xué)探測(cè)，讓我們共同期待他們傳回來自火星表面的精美大片和科學(xué)數(shù)據(jù)吧!
