火星表面成分探測儀地面光校調(diào)試。

火星礦物光譜分析儀標(biāo)定調(diào)試。中科院上海技物所供圖

   日前，我國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功。祝融號火星車上，搭載著由中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所（以下簡稱上海技物所）承擔(dān)研制的有效載荷——火星表面成分探測儀。此外，上海技物所還研制了火星環(huán)繞器上的火星礦物光譜分析儀，成為唯一承擔(dān)兩個有效載荷研制的科研機構(gòu)。

   上海技物所副所長、月球與深空探測系列載荷指揮舒嶸介紹，火星表面成分探測儀對著陸區(qū)的火星表面元素、礦物和巖石開展高精度的科學(xué)探測，“于6月5日成功下傳第一組數(shù)據(jù)”；而火星礦物光譜分析儀已于2月28日開機，對預(yù)選著陸區(qū)域進行了多次探測。

   《中國科學(xué)報》記者統(tǒng)計，為更好地完成這次火星探索任務(wù)，上海技物所創(chuàng)造了一系列“首次”。

“真槍實彈”那一刻的期待與緊張

   火星表面成分探測儀開機前，舒嶸團隊擔(dān)憂，它跟隨祝融號火星車經(jīng)過“長途跋涉”后，“身體”是否完好，能否“聽話”；成功下傳數(shù)據(jù)前，他們又擔(dān)憂，數(shù)據(jù)回傳的過程是否順利……

   盡管舒嶸團隊前期已進行無數(shù)次模擬實驗，但祝融號火星車降落的那一刻，他們?nèi)允志o張。經(jīng)過落火時的熱沖擊后，火星表面成分探測儀狀態(tài)如何？附在火星車外側(cè)且重量占火星車載荷超過1/2的探測儀，是否經(jīng)得住火星上晝夜溫差大的考驗？

   答案在6月4日揭曉。當(dāng)天，火星表面成分探測儀正常開機并在次日成功下傳第一組數(shù)據(jù)。

   “開機后，探測儀對鈦樣品板進行了標(biāo)定，并對祝融號火星車附近的火星巖石進行了探測?！笔鎺V表示，目前探測儀遙測數(shù)據(jù)正常，工作狀態(tài)穩(wěn)定。

具備探測水分子能力

   天問一號對預(yù)選著陸區(qū)的分析，需要火星礦物質(zhì)光譜分析儀等載荷的幫助?！爸懬埃鹦堑V物質(zhì)光譜分析儀所獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)有助于判斷著陸區(qū)的礦物質(zhì)成分及其分布。”上海技物所研究員、火星礦物質(zhì)光譜分析儀主任設(shè)計師何志平介紹，當(dāng)天問一號進入環(huán)火軌道后，分析儀于2月28日第一次開機。

   隨后，火星礦物質(zhì)光譜分析儀先后多次開機，成功獲得了科學(xué)數(shù)據(jù)，為在火星上留下“中國印記”作出了貢獻(xiàn)。

據(jù)了解，這臺載荷擁有國際先進的光譜探測能力，光譜探測范圍可達(dá)到0.378微米至3.425微米，探測譜段多達(dá)576個。“尤其2.5微米至3.4微米高光譜探測，是我國首次在空間驗證應(yīng)用。”在何志平看來，該譜段的價值大，具備探測水分子能力。

   而在過去的空間對地探測任務(wù)中，由于上述譜段被地球大氣吸收，所以從未應(yīng)用該譜段對地遙感觀測。

   火星礦物光譜分析儀在1微米至3.4微米譜段的探測中，碲鎘汞探測器需要經(jīng)受住200攝氏度溫差考驗?！熬拖癜褍x器扔入火爐，再扔到冰塊中，循環(huán)往復(fù)。”上海技物所副研究員、火星礦物光譜分析儀紅外面陣探測器主管設(shè)計師周松敏說。

多個“首次”

   不同于月球探測，研究團隊這次結(jié)合了主動激光誘導(dǎo)擊穿光譜探測技術(shù)和被動短波紅外光譜探測技術(shù)，而前者是我國首次在太空使用。

   舒嶸介紹，主動激光誘導(dǎo)擊穿光譜探測就是從載荷上打出一束激光，利用高達(dá)上千攝氏度的瞬間溫度，將火星表面物質(zhì)激發(fā)出等離子體，通過探測火花的光譜成分、氣體成分等，高精度地分析出火星表面元素成分，“可以分析出元素周期表中的絕大部分元素”。

   “在12個定標(biāo)板中，采用了一個法國的定標(biāo)板，我們的數(shù)據(jù)可以與國際上既有數(shù)據(jù)相互驗證?！痹谑鎺V看來，這也是具有實質(zhì)性的國際合作。

   除了首次應(yīng)用主動激光誘導(dǎo)擊穿光譜探測技術(shù)外，研究團隊在火星表面成分探測儀上首次實現(xiàn)了0.9微米至2.4微米波段的自研銦鎵砷探測器的航天應(yīng)用。

   上海技物所研究員、銦鎵砷探測器項目組成員邵秀梅介紹，該探測器可以將光信號轉(zhuǎn)為電信號，而以往任務(wù)的銦鎵砷探測器探測波段只有0.9微米至1.7微米，但火星探測需要到2.4微米。“這一波段的探測器通常需要在低溫條件下工作，而我們研制的銦鎵砷探測器可以在室溫下滿足靈敏度的要求?！?/span>

   邵秀梅表示，美國、土耳其等研究機構(gòu)曾引用項目組的多篇論文，專門研究分析其技術(shù)方案。

   據(jù)悉，上海技物所這兩臺載荷汲取了嫦娥探月工程相關(guān)載荷研制任務(wù)的經(jīng)驗，對探測火星表面元素與礦物成分等具有重要意義，將為火星形成、地質(zhì)演變研究提供重要科學(xué)依據(jù)。

新聞鏈接：https://www.cas.cn/zkyzs/2021/06/304/cmsm/202106/t20210629_4795609.shtml

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