“天问一号”踏上火星背后的“两江”贡献

 

　　5月15日，我国首次火星探测任务，天问一号探测器，在火星乌托邦平原南部，预选着陆区着陆，在火星上首次留下中国印迹，迈出了我国星际探测征程的重要一步。5月18日，上游新闻·重庆商报记者获悉，入驻两江协同创新区的高校院所——北京理工大学、哈尔滨工业大学、中国航天科工三院304所，为“天问一号”顺利进行火星环绕、着陆和后续巡视探测均作出了重要贡献。

　　北京理工大学：火星精确着陆导航与制导控制综合仿真系统

　　北京理工大学研制了火星精确着陆导航与制导控制综合仿真系统，成果应用于 “天问一号”火星着陆器自主导航与制导控制系统、火星环绕器自主管理与导航控制系统的方案论证设计与研制。

　　上述研究成果通过建立火星探测器动力学和运动学模型对通信“黑障”问题进行分析，设计导航方案、制导控制方案，解决了动力下降段最优能量消耗问题和着陆段视觉导航问题，为火星探测器的着陆过程，提供了理论参考。

　　
 

　　此外，北理工还参与了着陆巡视器方案阶段进入过程气动力热载荷分析项目，项目成果应用于火星着陆巡视器着陆过程动力学环境预示，为整器环境条件的制定提供了设计依据。

　　北理工承担对天问一号两舱连接解锁机构火工锁设计验证的仿真分析和火工药剂空间寿命验证，对火工锁设计过程低温故障机理进行分析，研究工作为火工锁的解锁任务顺利实施提供了技术保障。

　　哈尔滨工业大学：中国国旗锁紧展开机构、变结构锁定及多级伸展结构和落火监视相机转动装置

　　哈尔滨工业大学根据天问一号火星探测任务的总体任务需求，哈工大航天学院冷劲松教授团队基于具有独立自主知识产权的形状记忆聚合物复合材料，研制了中国国旗锁紧展开机构、变结构锁定及多级伸展结构和落火监视相机转动装置共 3 个产品，通过精细的力学理论分析、巧妙的智能结构设计和多次反复迭代的极端环境试验验证，解决了低温、辐照等极端恶劣使役环境下，长时间锁定、低冲击可靠展开的关键技术难题。在国际上首次实现形状记忆聚合物复合材料结构在深空探测工程中的应用，标志着我国在智能材料及其在航天器结构的应用领域处于国际前列。

　　哈工大航天学院控制科学与工程系航天器控制团队参与了火星环绕器制动捕获方案论证与关键技术攻关。针对定向捕获、匀速捕获、变速捕获等多种捕获方案，该团队进行了深入的对比分析，攻克了环绕器制动点火姿态建立、大角度姿态机动方案设计、制动捕获方案优化以及制动捕获过程中的姿态稳定控制方案设计等多项关键技术问题，为火星环绕器制动捕获任务的成功提供了技术支撑。

　　2020年10月1日，天问一号火星探测器首次深空“自拍”图像上的五星红旗光彩夺目，这抹鲜艳的中国红出自化工与化学学院吴晓宏教授团队。吴晓宏教授团队经过一系列科研攻关，开发出集抗辐照、低挥发和耐高低温交变等性能于一体的国旗用特种功能材料，并经特殊工艺套印在铝板上，国旗在经历了辐照、高低温交变、低温存储、粘合脱落等多重试验考核后，才最终安装在探测器侧面。

　　哈工大科研团队在火星车移动系统方面的研究成果用于天问一号探测器。威海校区邵春涛老师负责的与“火星EDL过程仿真”和“火星车GNC模拟”相关的两个课题分别为火星探测器安全着陆以及后续的火星车巡视探测提供了有力支撑。

　　航天科工三院304所：对接收、处理火星探测数据的地面应用系统开展软件测试

　　中国航天科工研制生产的相控阵敏感器、高性能晶体元器件和电连接器、纳米气凝胶材料、加速度计、解锁分离装置等系列产品为天问一号开展火星环绕、着陆和巡视探测作出重要贡献。

　　其中，航天科工三院304所对接收、处理火星探测数据的地面应用系统开展软件测试，为天问一号信号接收软件做好“体检”。304所研发的火星探测任务分析与评估系统，为测控总体的方案设计、过程仿真和结果评估提供定量化分析手段，有效支撑测控总体迭代优化。