我們國家的自主火星探測計(jì)劃“天問一號(hào)”已成功發(fā)射，在這個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻，回想起十幾年前我們提出、研制和發(fā)射“螢火一號(hào)”的一些往事，這些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)也許可以為我國正在從事火星探測的同事們提供一些參考和借鑒。

　　任務(wù)的提出

　　2005 年的十一假期剛過，我收到了一封來自俄羅斯科學(xué)院空間所的郵件，這是當(dāng)時(shí)中科院空間中心王赤副主任轉(zhuǎn)給我的。他的一個(gè)在麻省理工學(xué)院（MIT）工作時(shí)的同事，后來也回到了俄羅斯科學(xué)院空間所工作，正在推動(dòng)俄羅斯再次啟動(dòng)多年前就實(shí)施過（但不是很成功）的火衛(wèi)一的探測計(jì)劃。這次是想更進(jìn)一步，將火衛(wèi)一的土壤樣品返回地球，稱為“福布斯-土壤”計(jì)劃。考慮到我們和俄羅斯的合作關(guān)系非常密切，他們就主動(dòng)提出，是不是能夠利用發(fā)射余量，將中國的一顆科學(xué)小衛(wèi)星帶到地球空間，作為一個(gè)搭載項(xiàng)目。需要明確的是，他們當(dāng)時(shí)并沒有提出要帶我們?nèi)セ鹦恰?/p>

　　收到這個(gè)邀請后，我聯(lián)系了幾個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的空間物理學(xué)家和空間探測載荷工程師一起做了認(rèn)真的分析和思考。首先，我們考慮，如果有去火星的機(jī)會(huì)，為什么不能一起去火星呢？在國際上相互搭載，聯(lián)合探測的先例有很多。比如，當(dāng)時(shí)剛剛發(fā)射不久的地球空間雙星探測計(jì)劃，就是我們和歐洲空間局的聯(lián)合探測計(jì)劃，中方的衛(wèi)星上搭載了近 50% 的歐洲科學(xué)載荷，而歐洲一個(gè)獨(dú)立的、包括四顆衛(wèi)星的科學(xué)計(jì)劃——“星簇計(jì)劃”的數(shù)據(jù)與我們完全共享，開展聯(lián)合探測。又如，就在這個(gè)俄羅斯的火衛(wèi)一土壤返回計(jì)劃中，也搭載了多個(gè)歐洲國家的科學(xué)載荷。中國的深空探測剛剛起步，對月球的探測也才剛剛開始，采用搭載發(fā)射的方式去火星，可以大大加快中國進(jìn)入深空探測的步伐。其次，我們分析了國際上歷次火星探測任務(wù)，主要都是針對火星表面的，對火星大氣和空間環(huán)境的探測非常少。我們了解到，俄羅斯運(yùn)載的余量只有 110 公斤，因此可以利用科學(xué)載荷不太重的小衛(wèi)星來探測火星的大氣和空間環(huán)境。最后，中俄在航天領(lǐng)域的合作，正是國家努力推動(dòng)的合作方向，雙方如果聯(lián)合開展火星探測任務(wù)，應(yīng)該是與國家重點(diǎn)支持的戰(zhàn)略方向高度契合的。因此，我們很快就向國家主管部門提出了申請，并得到了批準(zhǔn)，同意開始論證工作。

　　與此同時(shí)，我們也在討論如何為這個(gè)突如其來的短平快項(xiàng)目命名。在很多建議中，我們選擇了中國古代對火星的稱謂“熒惑”的諧音——螢火。這使得這個(gè)項(xiàng)目聽起來很小，仿佛是暗夜中的一個(gè)小小的螢火蟲。但實(shí)際上，它卻是飛進(jìn)太陽系，進(jìn)入深空，奔向火星的一個(gè)最小的探測器。與我們國家獨(dú)立自主的探月計(jì)劃——嫦娥工程相比，它無論是從經(jīng)費(fèi)體量上還是從參研隊(duì)伍的人數(shù)上等各個(gè)方面，都無法與之相比。將其稱為“螢火一號(hào)”我想也是一個(gè)十分低調(diào)和不與嫦娥工程爭輝的意思。不過，它的科學(xué)目標(biāo)那么突出，技術(shù)又是那么先進(jìn)，應(yīng)該是深空探測計(jì)劃中的一顆名副其實(shí)的明星。

　　中央美術(shù)學(xué)院著名書法家況尉作品

　　科學(xué)目標(biāo)

　　作為一項(xiàng)科學(xué)探測計(jì)劃，科學(xué)目標(biāo)應(yīng)該是最主要的部分。其中，我提出的一個(gè)重要科學(xué)目標(biāo)，就是與俄羅斯探測器合作，對火星的大氣和電離層開展聯(lián)合的掩星探測。這個(gè)探測的實(shí)施過程是在兩個(gè)探測器進(jìn)入火星軌道并分離之后，從俄羅斯“福布斯-土壤”探測器上發(fā)射兩個(gè)頻段的無線電波，由我們的小衛(wèi)星接收其信號(hào)。當(dāng)兩個(gè)探測器的連線，也就是無線電電波射線切過火星大氣和電離層時(shí)，電波受大氣和電離層密度隨高度變化的影響，將發(fā)生彎曲，且不同的波段將出現(xiàn)不同的彎曲和延時(shí)。通過對接收信號(hào)強(qiáng)弱變化和延時(shí)的分析，就可以反演出火星大氣和電離層物理參數(shù)的垂直剖面曲線。這將是人類首次如此詳細(xì)的探測火星上的大氣和電離層，特別是當(dāng)電波連線分別切過火星正午和子夜兩個(gè)特殊的地理時(shí)間上空時(shí)，其科學(xué)數(shù)據(jù)將反映火星大氣和電離層變化的兩個(gè)極端情況，對全面了解火星大氣和電離層的特性非常重要。

　　此外，空間中心的科學(xué)團(tuán)隊(duì)還提出了另一個(gè)重要的科學(xué)目標(biāo)。因?yàn)閲H上的其他計(jì)劃都沒有對火星周邊的空間環(huán)境進(jìn)行過磁場和粒子的同時(shí)探測，因此不了解粒子的運(yùn)動(dòng)方向和能量來源。如果在小衛(wèi)星上同時(shí)配置磁強(qiáng)計(jì)和粒子（包括電子和低能熱離子）探測儀，就有望揭示更真實(shí)的火星空間環(huán)境，并測得從火星表面逃逸的氧粒子的流量，從而判斷火星上水的流失總量，推算出“10 億年前火星表面上到底有多少水？”這一目前仍然存疑的重大科學(xué)問題。

　　2009 年 12 月 29 日，筆者在中俄聯(lián)合探測火星計(jì)劃科學(xué)工作隊(duì)第二次科學(xué)研討會(huì)上發(fā)言

　　2010 年 3 月 16 日至 18 日，首屆中俄聯(lián)合探測火星科學(xué)研討會(huì)在莫斯科召開

　　莫斯科談判

　　2006 年 2 月初，我和空間中心的趙華研究員一同登上了飛往莫斯科的航班。在途中，我們不斷地在討論著，如何才能說服俄羅斯空間所接受我們的聯(lián)合探測火星大氣和電離層的方案，然后再和他們一起說服俄羅斯拉沃什金航天企業(yè)接受我們一同飛往火星的搭載計(jì)劃。我的筆記本上畫滿了兩個(gè)探測器在不同的軌道上的連線切過火星大氣層的可能性。飛機(jī)在莫斯科降落，那里剛剛下過大雪，路邊經(jīng)過清掃堆積起來的雪已經(jīng)超過一米厚，令我們印象深刻。當(dāng)晚我們就住在了機(jī)場附近的酒店里。

　　第二天與俄羅斯科學(xué)院空間所的討論非常順利。我們的科學(xué)目標(biāo)和探測方案得到了他們的認(rèn)可和支持。他們的技術(shù)人員馬上開始了掩星探測計(jì)劃的各種計(jì)算以及射頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)思考。當(dāng)天下午，我們一同來到拉沃什金航天中心，總經(jīng)理波利舒克和福布斯探測器的總設(shè)計(jì)師馬克西姆接待了我們。在談判的開始，他們并不是十分相信我們國家可以研制出只有 100 公斤重的火星探測器，那將是全世界最輕的火星探測器。經(jīng)過不斷的討論和說服，他們終于認(rèn)可了我們方案的可行性。期間，他們甚至請來了年紀(jì)很大的工程師，和我們一起計(jì)算火星到地球通信的方案和發(fā)射天線的大小，以及至少需要多大的太陽能帆板等幾個(gè)小衛(wèi)星需要的關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)。最后，他們同意我們一同去火星。當(dāng)然，還因?yàn)橛卸砹_斯科學(xué)院的支持，我們都希望能夠進(jìn)行一項(xiàng)全世界第一次實(shí)施的對火星空間環(huán)境的雙探測器聯(lián)合探測。

　　工程研制

　　從 2003 年開始，我們國家就和俄羅斯建立了兩國總理定期會(huì)晤機(jī)制，以及在這個(gè)機(jī)制下的中俄航天合作聯(lián)合委員會(huì)。經(jīng)過幾年的嘗試，合作項(xiàng)目雖然不少，但是都是體量不大的采購合同，沒有聯(lián)合的航天任務(wù)。我們提出的中俄聯(lián)合火星探測計(jì)劃，就成為了中俄航天合作中最重要的合作任務(wù)。2007 年年中，國家航天局做出決定，指定由上海航天局負(fù)責(zé)承擔(dān)火星探測器的研制任務(wù)，同時(shí)任命我為首席科學(xué)家，上海航天局的徐博明總師為工程總師，中科院空間中心負(fù)責(zé)科學(xué)載荷的研制和地面應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)，于 2009 年 10 月搭載俄羅斯“福布斯-土壤”探測器一同飛往火星。

　　雖說是 2009 年 10 月發(fā)射，但是俄方要求我們要提前 6 個(gè)月將探測器運(yùn)到莫斯科開展測試，給我們留下的研制時(shí)間只有不到三年。在如此短的時(shí)間內(nèi)，研制一顆沒有任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，又是全世界最小的火星探測器，其技術(shù)難度和挑戰(zhàn)是可想而知的。當(dāng)然，中國航天人在困難面前從來沒有低過頭，我們突破了超高靈敏度應(yīng)答機(jī)、長火影帶來的超低溫環(huán)境等多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，終于在 2009 年 4 月將正樣探測器運(yùn)抵了莫斯科。

　　“螢火一號(hào)”有效載荷研制現(xiàn)場

　　“螢火一號(hào)”有效載荷交付驗(yàn)收現(xiàn)場

　　命運(yùn)多舛

　　從“螢火一號(hào)”運(yùn)抵莫斯科開始，我在北京就不斷地聽到前方傳來的俄方進(jìn)度拖延的消息。到了 8 月份，我甚至從俄羅斯科學(xué)家那邊聽到了他們的“福布斯-土壤”根本趕不上進(jìn)度，不可能在 10 月那個(gè)窗口發(fā)射的“小道”消息。我將信息轉(zhuǎn)告了正在莫斯科參加測試的試驗(yàn)隊(duì)負(fù)責(zé)人，他們表示俄方?jīng)]有向他們透露任何相關(guān)信息。要知道，由于地球和火星軌道的周期不一樣，每 25 到 26 個(gè)月才有一次最佳的發(fā)射窗口。如果 2009 年 10 月的發(fā)射窗口錯(cuò)過了，下次窗口只能等到 2011 年 11 月了。經(jīng)過了大約幾個(gè)月的隱瞞，拉沃什金航天企業(yè)終于在 9 月 20 日正式承認(rèn)，他們無法趕上 10 月的發(fā)射窗口，計(jì)劃不得不推遲兩年再發(fā)射。這個(gè)決定正式宣布后，我們就只好把“螢火一號(hào)”運(yùn)回上海，等待下一次發(fā)射機(jī)會(huì)。大家不禁感嘆“螢火一號(hào)”看來會(huì)是個(gè)命運(yùn)多舛的任務(wù)啊。

　　2011 年 6 月，“螢火一號(hào)”經(jīng)過兩年的安全存儲(chǔ)和間斷性的加電測試，被再次運(yùn)往莫斯科。在拉沃什金和拜肯努爾發(fā)射場進(jìn)行測試表明探測器一切正常。11 月 9 日凌晨 3 點(diǎn)，搭載著“福布斯-土壤”和“螢火一號(hào)”探測器的“天頂號(hào)”運(yùn)載火箭騰空而起。我應(yīng)邀參加了發(fā)射活動(dòng)。在距離發(fā)射塔架大約 3 至 4 公里的一個(gè)貨運(yùn)火車站臺(tái)上，我和試驗(yàn)隊(duì)的隊(duì)員們在哈薩克斯坦 11 月初的嚴(yán)寒里，心情無比激動(dòng)。經(jīng)過 3 年多的研制和 2 年多的等待，“螢火一號(hào)”終于踏上了奔向火星的旅程。與我們在一起的還有很多歐洲的科學(xué)家，他們來自法國、荷蘭、英國等國家。這已經(jīng)是他們第二次，甚至第三次將自己的儀器搭載到俄羅斯的火星探測器上了。之前有福布斯 1 和福布斯2，以及火星-96，但是只有福布斯 2 獲得了幾個(gè)月的探測數(shù)據(jù)，其它兩次均失敗了。福布斯 1 被認(rèn)為飛到了火星，但是沒有數(shù)據(jù)返回。火星-96 干脆就沒有離開地球軌道，還沒有踏上火星之旅就墜毀了。這次大家都抱著極大的希望，希望俄羅斯一改以前火星探測的晦氣，打破魔咒，實(shí)現(xiàn)人類共同的科學(xué)夢想。看到火箭順利升空，大家的心放下了，坐上俄方安排的班車，回到了酒店，進(jìn)入了夢鄉(xiāng)。

　　第二天早上我們陸續(xù)來到酒店的餐廳用早餐，逐漸感到有些氣氛不對。慢慢的大家都聽到了一個(gè)傳言，福布斯發(fā)射后，僅收到了一次遙測信號(hào)就杳無音信了。距離發(fā)射時(shí)間已經(jīng)過去了 5 至 6 個(gè)小時(shí)了，“福布斯-土壤”在近地軌道上應(yīng)該已經(jīng)轉(zhuǎn)了好幾圈了，有不止一次過境地面站的機(jī)會(huì)了，如果沒有收到遙測信號(hào)，那一定是出問題了。因此，大家都開始議論紛紛，早飯也吃不下去了，都聚集在酒店大堂里找俄羅斯航天局的人詢問情況。大約上午 9 點(diǎn)左右，俄羅斯航天局的一位領(lǐng)導(dǎo)出現(xiàn)了，他召開了一個(gè)簡短的新聞發(fā)布會(huì)。在會(huì)上，通過翻譯，我們了解到，“福布斯-土壤”確實(shí)已經(jīng)失聯(lián)了，并且原定的在近地軌道上點(diǎn)火奔向火星的上面級發(fā)動(dòng)機(jī)沒有啟動(dòng)。通過地面雷達(dá)和光學(xué)的觀測數(shù)據(jù)判斷，福布斯仍然在高度大約 200 公里高的近圓軌道上飛行。

　　當(dāng)天下午，我們只能按計(jì)劃帶著一頭霧水登上返回莫斯科的專機(jī)。在機(jī)場候機(jī)的時(shí)候以及在飛機(jī)上，大家仍然議論紛紛，從幾個(gè)與俄方內(nèi)部人員有聯(lián)系的人口中，得到了一些最新的消息。總體上判斷，“福布斯-土壤”的上面級發(fā)動(dòng)機(jī)沒有按程序啟動(dòng)，且測控應(yīng)答機(jī)出了問題，無法與地面取得聯(lián)系，因而也無法接收地面的指令。

　　到達(dá)莫斯科以后，我們馬上向國內(nèi)報(bào)告了情況。按照指示，我們的試驗(yàn)隊(duì)負(fù)責(zé)人，將留在莫斯科協(xié)助俄方進(jìn)行救援工作。后面的情況大家也許都知道了，福布斯在 200 公里高的軌道上，孤獨(dú)地飛了兩個(gè)月后，自然隕落在太平洋里了。

　　啟示

　　“螢火一號(hào)”是我這些年來親身參加的各項(xiàng)航天任務(wù)中，唯一一次完全失敗的任務(wù)。盡管失敗并不是因?yàn)槲覀兊腻e(cuò)誤而引起的，但它仍然是一次失敗。作為一個(gè)航天科技工作者，經(jīng)歷一次失敗，比經(jīng)歷 10 次成功都更加令人難忘。有一位航天界的老領(lǐng)導(dǎo)說的好：成功就是差一點(diǎn)點(diǎn)兒的失敗；而失敗就是差一點(diǎn)點(diǎn)兒的成功。當(dāng)你把該做的事兒都做了以后，成功和失敗就在那毫厘之間。但是它給人的感受則是天壤之別。我們在成功的喜悅之后，千萬不能自負(fù)，要回味一下哪里還存在問題；我們在失敗的悲傷之后，也不能氣餒，要看到我們付出的成績并分析失敗的原因。

　　雖然“螢火一號(hào)”沒有實(shí)現(xiàn)我們奔向火星的夢想，但是它使中國的空間科學(xué)家體驗(yàn)了通過自主設(shè)計(jì)的科學(xué)目標(biāo)，登上國際競爭與合作的大舞臺(tái)的過程。在“螢火一號(hào)”之前，我們國家還沒有一個(gè)專門研究火星的團(tuán)隊(duì)，甚至還沒有一本關(guān)于火星的教科書，哪怕是翻譯的，都沒有。“螢火一號(hào)”之后，我們不但組建了相關(guān)的科研團(tuán)隊(duì)，翻譯出版了關(guān)于火星的教科書，還在之后提出了一系列新的科學(xué)目標(biāo)和探測方案，為今后我國自主火星探測培養(yǎng)了人才隊(duì)伍和奠定了基礎(chǔ)。記得在“螢火一號(hào)”發(fā)射之前，我曾與美國一個(gè)優(yōu)秀的行星探測科學(xué)團(tuán)隊(duì)交流，他們開玩笑說，請你們的“螢火一號(hào)”不要把科學(xué)問題都做完了，給我們也留一些。從中可見他們對“螢火一號(hào)”科學(xué)目標(biāo)的先進(jìn)性是充分認(rèn)可的。

　　雖然“螢火一號(hào)”沒有實(shí)現(xiàn)奔向火星的夢想，但是我們深刻地體會(huì)到了火星探測之難。啟動(dòng)上面級火箭，離開地球軌道奔向火星是第一個(gè)難點(diǎn)，這里必須要考慮到地球軌道的探測器和火星探測器的測控應(yīng)答機(jī)存在明顯的區(qū)別。如果自動(dòng)程序沒有啟動(dòng)，若想通過深空應(yīng)答機(jī)在近地軌道如此近的距離上上注指令實(shí)際上是不可能的。這也許就是對“福布斯-土壤”探測器的救援沒有成功的原因。

　　雖然“螢火一號(hào)”沒有實(shí)現(xiàn)我們當(dāng)時(shí)的夢想，但是小小的螢火蟲點(diǎn)燃了中國人奔向火星的激情，我們的航天人在那之后，建立了可以遠(yuǎn)達(dá)火星軌道的深空測控站，并將“天問一號(hào)”本應(yīng)分兩步、甚至三步走的“繞、落、巡”計(jì)劃，合并在一次實(shí)施。

　　當(dāng)然，路漫漫其修遠(yuǎn)，中國人在自主探測深空的征程中一定會(huì)遇到各種困難。希望我們的科學(xué)家和工程師們，即使遇到了困難也不要?dú)怵H。征服火星比征服月球要難得多，我們必須要有十倍的勇氣和用百倍的努力，才能將中國人的腳步邁進(jìn)那么遠(yuǎn)的深空，為實(shí)現(xiàn)中國人（包括我們這些經(jīng)歷了失敗的“前浪”）的夢想，做出輝煌的貢獻(xiàn)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的“萤火一号”：一段不能忘记的历史的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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