“探火”總設(shè)計(jì)師張榮橋：為人類認(rèn)知宇宙貢獻(xiàn)中國(guó)力量

張榮橋永遠(yuǎn)忘不掉一年前的那個(gè)清晨。

2021年5月15日凌晨，在距地球3.2億公里外的火星軌道，天問一號(hào)著陸巡視器與環(huán)繞器分離后，按照預(yù)定的軌跡，進(jìn)入火星大氣層。著陸巡視器展開配平翼，彈出降落傘，分離防熱大底和背罩，著陸平臺(tái)伸開著陸腿，一系列的動(dòng)作之后，在距離火星表面100米的高度上懸停，尋找著最適合的著陸點(diǎn)，最后緩緩降落。著陸平臺(tái)在跨越“黑色九分鐘”后，于7時(shí)18分穩(wěn)穩(wěn)落在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)著陸火星成功了。

成功著陸的那刻，有人無意間拍到張榮橋落淚的樣子，相關(guān)短視頻當(dāng)天就刷了屏。他事后回憶這一瞬間，只留下12個(gè)字：“不能自已，流下淚水，有甜有咸。”

中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)取得圓滿成功，在國(guó)際上引起巨大反響。工程總設(shè)計(jì)師張榮橋，于近日獲評(píng)“2021-2022影響世界華人大獎(jiǎng)”。

“十年磨一劍”

步入航天領(lǐng)域，始于機(jī)緣巧合。

張榮橋出生于安徽祁門縣，當(dāng)年填報(bào)高考志愿時(shí)，老師給了他兩個(gè)字的建議，“偏”——找偏遠(yuǎn)地區(qū)的高校，“冷”——選冷門的專業(yè)，這樣錄取概率更大。因此，他選擇了西北電訊工程學(xué)院(今為西安電子科技大學(xué))電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)。

1988年本科畢業(yè)后，張榮橋進(jìn)入中國(guó)空間技術(shù)研究院繼續(xù)深造，選擇的仍然是老專業(yè)——空間電磁場(chǎng)。畢業(yè)后在中國(guó)空間技術(shù)研究院，一干就是13年，主要從事衛(wèi)星測(cè)控和遙感信息處理方面的工作，后加入探月工程團(tuán)隊(duì)，曾擔(dān)任探月工程副總設(shè)計(jì)師。

2010年，隨著中國(guó)提出火星探測(cè)設(shè)想，張榮橋根據(jù)組織安排，開始從事工程的規(guī)劃論證和立項(xiàng)工作，也是“十年磨一劍”。

但工作之初，他深感這項(xiàng)工作就兩個(gè)詞：難，重要。

難，成功很難。——火星一度被航天界稱為“航天器的墓地”。目前，國(guó)際上47次火星探測(cè)任務(wù)中，僅25次成功或部分成功，而火星著陸任務(wù)的成功率更是僅有45%，工程實(shí)施難度不言而喻。

重要，即意義重大。——“探測(cè)地外行星是我們認(rèn)識(shí)宇宙奧秘的一個(gè)重要途徑和手段。”張榮橋說，“開展深空探測(cè)不僅有助于人類了解太陽系和生命起源與演化規(guī)律，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類文明的持續(xù)進(jìn)步，也是國(guó)家綜合國(guó)力和創(chuàng)新能力的體現(xiàn)，我們中國(guó)人也應(yīng)該在這個(gè)領(lǐng)域有所建樹。”同時(shí)，深空探測(cè)成為當(dāng)今世界航天活動(dòng)的前沿領(lǐng)域，對(duì)國(guó)家科技發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)進(jìn)步具有十分重要的意義。

但第一次去火星，應(yīng)該怎么走？張榮橋坦言，這是論證階段花力氣最多、爭(zhēng)議最大的一個(gè)問題。

當(dāng)時(shí)，項(xiàng)目組深知火星探測(cè)的難度，曾考慮采取類似探月工程“繞、落、回”三步走的方案，這樣風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小，穩(wěn)扎穩(wěn)打。

“但我們還是心有不甘。”張榮橋說，“中國(guó)火星探測(cè)起步晚，同國(guó)外存在一定差距，但隨著我國(guó)成功實(shí)施載人航天和探月工程，為火星探測(cè)提供了一定的技術(shù)和設(shè)備基礎(chǔ)，我們不能只考慮風(fēng)險(xiǎn)，而要有擔(dān)當(dāng)精神和攻堅(jiān)克難的勇氣，一旦成功，不僅能節(jié)省經(jīng)費(fèi)，更能在短時(shí)間內(nèi)完成技術(shù)跨越，使中國(guó)步入行星探測(cè)領(lǐng)域世界先進(jìn)行列，這是我們幾代中國(guó)航天人的夢(mèng)想，也是我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的必然選擇。”

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的思想碰撞，專家們終于達(dá)成共識(shí)：我們“伸伸手”“踮踮腳”，一步實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”風(fēng)險(xiǎn)可控。

不過，這也意味著研制難度和風(fēng)險(xiǎn)加大，“說得直白一些，即失敗的可能性增加，這些都變成了研制人員的壓力。”面對(duì)巨大挑戰(zhàn)，工程團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目初期就做好計(jì)劃，對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)確認(rèn)，并開展了大量地面試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

多個(gè)“第一次”背后

論證完成后，2014年9月，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)進(jìn)入先期研制階段，兩年后正式立項(xiàng)。早在那時(shí)，就已定好發(fā)射時(shí)間：2020年7月下旬。

這不僅因?yàn)闀r(shí)值火星探測(cè)發(fā)射窗口期，更想趕在中國(guó)迎來第一個(gè)百年之際，讓中國(guó)的機(jī)器人在火星表面巡視。

“6年前確定的(發(fā)射)時(shí)刻，我們?nèi)缂s而行，遇到的困難和挑戰(zhàn)還是非常巨大的。”天問一號(hào)任務(wù)在我國(guó)航天發(fā)展史上實(shí)現(xiàn)了多個(gè)第一次：第一次實(shí)現(xiàn)探測(cè)器第二宇宙速度發(fā)射，第一次實(shí)現(xiàn)行星際飛行，第一次實(shí)現(xiàn)地外行星軟著陸，第一次實(shí)現(xiàn)地外行星表面巡視探測(cè)，第一次實(shí)現(xiàn)4億公里遠(yuǎn)距離測(cè)控通信，第一次獲取第一手的火星科學(xué)數(shù)據(jù)，最為重要的是在國(guó)際上第一次通過一次任務(wù)成功實(shí)現(xiàn)了火星環(huán)繞、著陸和巡視三大目標(biāo)。

每一個(gè)“第一次”背后，都有著無數(shù)科研攻堅(jiān)的艱辛與挑戰(zhàn)。

受天體運(yùn)行規(guī)律和技術(shù)的約束，每隔26個(gè)月才有一次發(fā)射窗口期，每次大約持續(xù)半個(gè)月，每天約30分鐘。一旦錯(cuò)過，發(fā)射就要推遲26個(gè)月。但突如其來的新冠疫情給原本緊張的研制周期帶來巨大沖擊。原定于2020年發(fā)射的歐空局和俄羅斯的聯(lián)合火星探測(cè)項(xiàng)目，就因技術(shù)原因和疫情影響無奈延期。

“我們的工程研制人員面對(duì)疫情帶來的嚴(yán)重困難，勇于擔(dān)當(dāng)，在各級(jí)政府和有關(guān)單位的大力協(xié)同、周密安排、密切配合之下，克服疫情對(duì)任務(wù)實(shí)施的不利影響，實(shí)現(xiàn)按計(jì)劃準(zhǔn)時(shí)成功發(fā)射。”張榮橋說。

2020年7月23日，長(zhǎng)征5號(hào)運(yùn)載火箭搭載著天問一號(hào)探測(cè)器駛?cè)胄强?，?jīng)過202天的星際飛行和93天的火星環(huán)繞與著陸區(qū)詳查，綜合獲取到的有關(guān)于著陸區(qū)的各種信息后，張榮橋?qū)χ懭蝿?wù)充滿信心。

相比成功著陸的結(jié)果，張榮橋更關(guān)注過程，“因?yàn)檫^程決定結(jié)果。”為此，他們從研制伊始，就始終保持戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢、如履薄冰、如臨深淵的態(tài)度做好各項(xiàng)工作。

如針對(duì)火星大氣稀薄且具有不確定性，工程人員研發(fā)了氣動(dòng)外形減速技術(shù)，確保著陸巡視器在著陸過程中保持穩(wěn)定姿態(tài)并高效減速；為適應(yīng)火星復(fù)雜地形，他們?yōu)榛鹦擒囋O(shè)計(jì)了六輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，此外在碳化硅車輪上還有“中”字型的浮雕，既能用于標(biāo)記行駛里程，又能在火星表面留下中國(guó)印記。

“過程關(guān)注到了，對(duì)于結(jié)果我們心里是有底的。”2021年5月15日，天問一號(hào)探測(cè)器平穩(wěn)降落在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，整個(gè)過程“像教科書那樣精準(zhǔn)和順暢”。5月22日，“祝融號(hào)”火星車駛離著陸平臺(tái)，正式踏上火星大地，開啟巡視探測(cè)之旅。由此，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)一次實(shí)現(xiàn)火星“環(huán)繞、著陸、巡視”三大目標(biāo)，工程取得圓滿成功，邁出了中國(guó)行星探測(cè)征程的重要一步。

目前，“祝融號(hào)”火星車已開展超過300個(gè)火星日的探險(xiǎn)之旅，不僅傳回大量科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)，還與歐空局“火星快車”軌道器開展了在軌中繼通信試驗(yàn)。

開啟行星探測(cè)的新征程

2021年12月15日，張榮橋入選《自然》雜志“影響2021年科學(xué)事件的十位人物”，是當(dāng)年榜單上唯一的中國(guó)人。近日，他亦獲頒“世界因你而美麗——2021-2022影響世界華人盛典”大獎(jiǎng)，以表彰其作為中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師，在世界科學(xué)研究領(lǐng)域做出的卓越貢獻(xiàn)。該獎(jiǎng)項(xiàng)由鳳凰衛(wèi)視集團(tuán)聯(lián)合海內(nèi)外多家華語媒體發(fā)起，共同推舉和表彰不同領(lǐng)域成就卓越、具有世界影響力的杰出華人典范。

“這不是我個(gè)人多么出色多么優(yōu)秀，而是世界上的同行對(duì)天問一號(hào)任務(wù)給予了高度的認(rèn)同，我作為工程總設(shè)計(jì)師只是做了我應(yīng)該做的事情。”相比個(gè)人榮譽(yù)，張榮橋更將此視為對(duì)工程背后的五大系統(tǒng)、上千家研制單位、數(shù)萬名科技工作者十年工作的肯定。

曾有人問他，如果給中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)打分，你會(huì)打多少分？張榮橋說：“若從研制要求來看，我們交了100分考卷，但在卷子之外，我們還可以做得更好。”有人認(rèn)為這是一種謙遜之姿，也有人覺得頗有完美主義的味道，但張榮橋并不認(rèn)同，他一直堅(jiān)持實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度，精益求精。

截至2022年5月中旬，祝融號(hào)火星車已工作300多個(gè)火星日，累計(jì)行駛1921米，并回傳大量一手科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)，這看似“超期服役”的成果，張榮橋卻覺得符合預(yù)期。

如今，隨著火星北半球進(jìn)入冬季，太陽光照強(qiáng)度逐漸減弱，夜間氣溫降至-100℃以下，著陸區(qū)還出現(xiàn)了沙塵天氣，祝融號(hào)火星車開始進(jìn)入休眠模式，等待年底火星北半球冬去春來時(shí)，再喚醒重啟。

在其上空數(shù)百公里外的環(huán)火軌道上，運(yùn)行超700天的天問一號(hào)環(huán)繞器仍在不停的工作，其攜帶的7臺(tái)科學(xué)探測(cè)載荷已實(shí)現(xiàn)對(duì)火星的全球遙感探測(cè)。

“天問一號(hào)開啟了中國(guó)行星探測(cè)的新征程。”張榮橋說，“任務(wù)的成功不僅將極大推動(dòng)中國(guó)空間科學(xué)，特別是行星科學(xué)研究的發(fā)展，通過工程掌握的關(guān)鍵技術(shù)和建成的設(shè)施，也將為后續(xù)工程奠定良好基礎(chǔ)，并提供重要的人才資源保障。”

按照中國(guó)行星探測(cè)工程的整體規(guī)劃，中國(guó)將以火星探測(cè)為主線，在2030年前后，陸續(xù)開展小行星探測(cè)、火星取樣返回和木星系探測(cè)等任務(wù)。

“人類迄今還沒有實(shí)現(xiàn)火星取樣返回，對(duì)我們來講挑戰(zhàn)巨大。”張榮橋說。曾有科學(xué)家稱，這是可以與阿波羅登月相媲美的人類科技創(chuàng)舉，可見其難度之大。但他認(rèn)為，中國(guó)行星探測(cè)工程發(fā)展規(guī)劃是環(huán)環(huán)相扣的，天問一號(hào)火星探測(cè)任務(wù)已實(shí)現(xiàn)了火星到達(dá)和著陸巡視，正在開展的天問二號(hào)小行星取樣返回任務(wù)將實(shí)驗(yàn)從地外天體采樣返回技術(shù)，而這些，都將成為天問三號(hào)火星取樣返回重要環(huán)節(jié)的先期驗(yàn)證，通過逐步分解任務(wù)，破解技術(shù)難題。張榮橋表示“將以中國(guó)速度，不斷續(xù)寫中國(guó)行星探測(cè)的新高度。” (作者 盧伊)