應(yīng)急信標(biāo)，相當(dāng)于“黑匣子”，在深空探測(cè)中，可以在緊急情況下，發(fā)送指定信號(hào)，分析探測(cè)器的狀態(tài)。

7月23日12時(shí)41分，長征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭將我國首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器發(fā)射升空，并成功將探測(cè)器送入預(yù)定軌道，開啟火星探測(cè)之旅，邁出了我國自主開展行星探測(cè)的第一步。

科技日?qǐng)?bào)記者23日從南京航空航天大學(xué)獲悉，在本次火星探測(cè)任務(wù)中，該校研制的火星應(yīng)急信標(biāo)裝置，將搭載“天問一號(hào)”在火星著陸。科研團(tuán)隊(duì)介紹，這套應(yīng)急信標(biāo)的防沖擊性比黑匣子高三四成，并將在火星的極端氣候下，接受遠(yuǎn)距離通信的挑戰(zhàn)，南航是國內(nèi)唯一獨(dú)立承擔(dān)火星探測(cè)器載荷研制任務(wù)的高校。

應(yīng)急信標(biāo)防沖擊性比黑匣子高三四成

“天問一號(hào)”將在地火轉(zhuǎn)移軌道飛行約7個(gè)月后，到達(dá)火星附近，通過“剎車”完成火星捕獲，進(jìn)入環(huán)火軌道，并擇機(jī)開展著陸等任務(wù)，進(jìn)行火星科學(xué)探測(cè)。

“我們研制的信標(biāo)裝置安裝在探測(cè)器的著陸器上。應(yīng)急信標(biāo)裝置相當(dāng)于飛機(jī)的黑匣子，在探測(cè)器著陸后，可在特定情況下，發(fā)送指定信號(hào)，分析探測(cè)器的著陸狀態(tài)。”南航火星探測(cè)器信標(biāo)項(xiàng)目沖擊防護(hù)系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師張子建告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

“這意味著信標(biāo)得有高沖擊防護(hù)能力。”張子建介紹，科研團(tuán)隊(duì)建構(gòu)了一種剛?cè)?a href="http://www.solar-ruike.com.cn/tags/耦合/" target="_blank">耦合系統(tǒng)，相當(dāng)于給信標(biāo)穿了一身剛?cè)嵯酀?jì)的“防護(hù)服”，防沖擊性比飛機(jī)的黑匣子要高30%~40%。“這種防護(hù)強(qiáng)度，相當(dāng)于從高空扔一個(gè)雞蛋，不僅要保證雞蛋不破，而且蛋黃和蛋清還要不混。”

高過載沖擊試驗(yàn)是考核信標(biāo)裝置抗極端環(huán)境的重要驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)過程具有一定的危險(xiǎn)性，盡管在試驗(yàn)前有專門關(guān)于技術(shù)安全的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，但高沖擊試驗(yàn)的危險(xiǎn)性和不確定性，還是讓團(tuán)隊(duì)成員吃了不少苦頭。

南航火星應(yīng)急信標(biāo)團(tuán)隊(duì)總設(shè)計(jì)師、航天學(xué)院常務(wù)副院長陳金寶介紹，為了讓高沖擊試驗(yàn)可控、可測(cè)地進(jìn)行，團(tuán)隊(duì)采用了5種試驗(yàn)驗(yàn)證工作的沖擊方案。第一種方案需要近距離測(cè)量信標(biāo)的參數(shù)，但由于信標(biāo)位置的不可預(yù)知性，團(tuán)隊(duì)成員需要冒著被砸傷的風(fēng)險(xiǎn)，堅(jiān)守在試驗(yàn)場(chǎng)第一線測(cè)量參數(shù)。實(shí)際試驗(yàn)工作中，信標(biāo)距離成員的距離不足10米，若稍微出現(xiàn)一點(diǎn)偏差，團(tuán)隊(duì)成員可能就面臨生命危險(xiǎn)。

在火星的高溫極寒條件下挑戰(zhàn)遠(yuǎn)距離通信

火星溫度高溫高寒，為了讓信標(biāo)在零下130攝氏度至50攝氏度的極端溫度下工作，凍不著、熱不著，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)施了一種像疊被子一樣的工藝，進(jìn)行精確的熱控分析，以更精確地減少材料、保存熱量，而這都是沒有經(jīng)驗(yàn)可循的。

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信是信標(biāo)的又一功能，這需要復(fù)雜的無線電測(cè)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等，而如何將這些復(fù)雜的系統(tǒng)都裝進(jìn)4公斤重的信標(biāo)里，用張子建的話說，這相當(dāng)于將大象裝進(jìn)冰箱里。對(duì)此，團(tuán)隊(duì)要逐一攻克電磁兼容等問題。

在信標(biāo)裝置通信能力測(cè)試的過程中，研制人員曾發(fā)現(xiàn)通信有丟幀的現(xiàn)象，一直找不到原因，為了查找和定位通訊的故障，不帶問題上天，大家主動(dòng)放棄假期，成立技術(shù)突擊小隊(duì)，連續(xù)48小時(shí)對(duì)通信系統(tǒng)軟硬件排查，最終在出廠交付前定位和解決了問題。

“信標(biāo)裝置能夠在高強(qiáng)度沖擊、極寒等極端環(huán)境下開展數(shù)據(jù)通信保障，主要在火星探測(cè)器著陸后進(jìn)行應(yīng)急通信保障，這在國內(nèi)外都稱得上‘首創(chuàng)’。”陳金寶說。

自2018年8月火星應(yīng)急信標(biāo)裝置研制團(tuán)隊(duì)在南航成立，到詳細(xì)設(shè)計(jì)方案于2019年4月評(píng)審?fù)ㄟ^，經(jīng)過6個(gè)月的研制與技術(shù)攻關(guān)，南航航天學(xué)院團(tuán)隊(duì)按計(jì)劃完成了電性能測(cè)試、力試驗(yàn)、鑒定級(jí)產(chǎn)品投產(chǎn)、大過載摸底試驗(yàn)、全時(shí)序模擬測(cè)試、熱平衡試驗(yàn)、專項(xiàng)試驗(yàn)研制技術(shù)流程，各項(xiàng)功能與性能滿足使用與設(shè)計(jì)要求。2019年11月底，火星應(yīng)急信標(biāo)裝置正樣產(chǎn)品順利投產(chǎn)。2020年4月信標(biāo)裝置正式交付。