年5月15日7时18分，天问一号火星探测器在环火轨道环绕了3个多月后，成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星取得成功。整个着陆过程中，每个动作都必须环环相扣，精准完成，不容有丝毫失误。航天九院13所、厂、所、所、所、所等单位提供的产品质量稳定，性能可靠，表现优异，为成功登陆火星发挥了关键作用。

加表组合、光纤陀螺装置：

助力环绕器上演太空“芭蕾”

登陆成功的首要条件，就是着陆巡视器要与环绕器实现成功分离，这一过程并不简单。飞抵火星前约5小时探测器开始降轨机动，从“停泊轨道”进入“火星进入轨道”，一步步靠近火星。同时，建立完成环绕器与着陆巡视器的分离降轨姿态。

降轨成功后约2小时

着陆器与环绕器开始实施分离。分离一旦完成，环绕器马上自主完成规避动作，并立即建立升轨姿态，进行升轨机动，将轨道拉起返回到“停泊轨道”，调整姿态，为着陆器在登陆阶段提供中继通讯支持。而着陆巡视器则采用“弹道-升力式”进入火星大气层，开始降落火星。

完成这一系列动作，必须实现精准、稳定。因此，人们将其比喻为“太空芭蕾”。

着陆示意图

以上这一系列姿态调整和轨道机动控制，都要依靠环绕器GNC分系统的重要单机——加表组合、光纤陀螺装置提供稳定准确的加速度和角速度信息才能完成。在型号研制初期，总体单位在轻小型、高精度、高可靠性等方面均提出了较高要求。对此，13所型号队伍持续开展多项技术攻关与设计创新，不仅满足了我国首次火星探测任务需求，也为该产品应用于更广阔的深空探测领域奠定了坚实基础并提供了宝贵的发展机遇。自“天问一号”成功发射以来，13所研制的加表组合、光纤陀螺装置在环绕器巡航姿态建立、中途轨道修正、深空机动和火星捕获等关键环节中发挥了重要作用，产品可靠性和成熟度也得到验证。

推进线路盒：

保障着陆巡视器成功着陆

重约1.3吨的着陆巡视器，从进入火星大气层到降落到火星表面，整个过程只有约9分钟，但却是整个飞行任务的压轴难题。因为在这9分钟内，着陆巡视器要准确执行升力控制、弹伞开伞、抛大底、抛背罩、悬停、避障和着陆缓冲等一系列动作，时间短、动作多且环环相扣。

降落示意图（公开）

在此过程中，控制系统和推进系统要完全自主控制实现盲降。远在地球的地面飞控人员无法对其进行实时干预，航天器只能依靠预先注入的指令自主进行导航、制导与控制。尤其是在动力减速阶段，着陆巡视器上的N反推发动机点火工作，将着陆器的垂直速度降到1.5米/秒，为最后的软着陆做好准备。在这一过程中，厂为着陆器研制的推进线路盒在组合体软着陆过程中负责精确控制推进分系统各种阀门动作，并对N发动机的推力变化进行精准控制，实现组合体动力减速和姿态控制。厂推进线路盒主管设计师黄年龙形象地说：“如果将控制系统比喻成人的大脑，那么推进系统就像人的骨骼和肌肉，着陆器推进线路盒就像人的神经网络，准确地将大脑的指令传递到骨骼和肌肉，最终实现探测器在火星表面安全软着陆。”

太阳翼展开后的祝融号模型

着陆后，巡视器还要顺利展开太阳翼为其供电，保障正常工作。厂承制的展开机构作为太阳翼的“关节”和“韧带”，保证太阳翼的正常展收动作。太阳翼展开机构具有体积小、重量轻、驱动力矩大和展开锁定功能可靠等特点。尤其是在太阳翼展开的过程中，往往伴随着高扭矩与强冲击。为了确保巡视器的稳定工作，厂还承制了展开机构中配备的一种高效缓冲装置——大行程粘性阻尼器。它安装于整个铰链的转动关键部位，通过填充的大量高粘度硅油，将机构运动过程中的部分能量耗散掉，起到缓冲减震的作用。

UHF收发信机：

提供智能且功能强大的通信服务

由于火星距离地球非常遥远，导致测控通信延时加大，单程时延可达23分钟。同时，信号在传输介质传播时，会有一部分能量转化为热能或被传输介质吸收，从而造成信号强度不断减弱，这种现象称之为衰减。据专家介绍，相比月球，火星和地球间的信号衰减更为严重，测控及数据传输码率低于月球探测1至2个量级以上。因此，类似“火星-地球”这样点对点的通信已无法满足火星探测的需求，必须有功能更为强大的通信服务支持，以弥补直接对地通信的不足。这就要建立中继通信网。为了克服火星探测通信所带来的挑战，厂研制的UHF收发信机在中继通信中发挥了核心作用。在火星车巡视过程中，它可自主与环绕器进行通信，将巡视结果上传，呈现给地球通信站。为了在火星严酷自然环境下保持可靠性，厂还专门为产品进行了环境适应性设计，护航火星巡视。厂UHF收发信机技术负责人李长生介绍道：“作为火星车与环绕器的主要通信手段，UHF收发信机功能全面，使用了临近空间链路协议，非常的智能化，可实现无人值守全自主器间通信。也就是说，可以实现火星探测器环绕器和着陆巡视器之间的遥控、遥测和器间其他通信数据、图片信息的传输功能。”另外，李长生强调，火星车上的载荷数据和巡视照片就是通过这个链路进行传输，在技术设计上也达到了国际先进水平。同时，UHF收发信机具有集成度高，通信参数可选择、可配置，实现方式灵活等特点，在星上资源占用，体积、重量方面都具有较大优势。为了确保任务成功，在产品研制过程中，厂的设计师们充分考虑探火任务距离远、响应慢、自主控制要求高等特点，创新地进行了故障容限分析，充分考虑在轨使用场景，对不同工作环境进行了模拟，预判可能出现的失效情况并设计应对措施，确保任务万无一失。此外，厂自主研制的X频段深空应答机，作为火星探测器与地面的主要通信链路和关键单机，从发射到奔火，再到火星环绕、落火，全程扮演了重要角色。该应答机是深空领域国内首台X频段高灵敏数字化应答机，研制人员攻克了四亿公里火地远距离通信技术、测控与数传一体化设计等多项关键技术难题，达到了国际先进水平。

深空天线组阵信号合成解调设备：

让4亿公里近在咫尺

在地球上，为了接收到来自遥远火星探测器的微弱信号，我国研制了首个深空天线组阵系统。该系统是火星探测着陆段地面测控网的重要设备，采用天线组阵技术，利用多个天线接收来自“天问一号”的信号，通过信号合成提高接收信号的信噪比，以达到深空远距离高速数据接收的目的。所为深空天线组阵系统研制了信号采集与数据记录、信号合成及解调处理两个关键分系统设备，通过持续接收、记录及处理飞行器目标信号，为“天问一号”保驾护航。十余年来，所一直致力于天线组阵技术的攻关，研制了国内首台组阵信号合成器。技术负责人李小梅介绍说：“所在国内首次采用了通用计算机集群架构，突破了分布式前端采样、多任务调度并行、异构资源池等关键技术，使设备可根据任务需求进行模块重组，具备灵活的系统配置和升级扩展能力。新技术的应用解决了多天线组阵中的高效合成难题，合成信噪比提升4倍，有效提高了我国的深空探测能力。”另外，所还为着陆巡视器研制了传感器设备，负责着陆过程中的参数测量工作，获取宝贵的热防护数据。在登陆火星过程中，九院还有多家单位提供的产品发挥了关键作用。例如，所为着陆巡视器提供了系统管理单元、数据接口单元CPU模块，这些都是着陆巡视器的核心部件，承担着总线控制、热控管理、自主管理、遥控数据处理与分发、遥测数据采集发送，以及其它各模块的控制等系统管理任务。所为登陆任务提供了抗辐射B总线、大容量存储器、抗辐射万门FPGA刷新芯片、高集成栅氧反熔丝PROM以及高可靠AD/DA转换器等高可靠集成电路，为着陆巡视器在复杂未知环境下的数据采集、运算和处理提供了保证。所提供了高可靠射频同轴电缆组件,突破了耐极限高低温交变稳定性等技术，在微波通信系统中起到了关键连接纽带作用，是不可缺少的精密器件。

图片来源：国家航天局、中国航天报

编辑：吴楠

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