第2397期:第03版:综合新闻
2021-05-30

天问一号登陆火星背后的哈工大力量


   期次:第2397期   


5月15日7时18分,天问一号探测器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圆满成功,我国成为第二个成功着陆火星的国家。

从载人航天工程到嫦娥探月,再到天问探火,哈工大人在逐梦航天的道路上从未缺席,凭借过硬的技术和默默的坚守持续助力航天强国建设。今天本报为大家盘点天问一号任务背后的哈工大力量——

天问一号登陆火星,哈工大人再添新功

根据天问一号火星探测任务的总体任务需求,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。

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,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。

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。

天问一号环绕器和火星车各携带了一种磁场探测载荷,分别对火星空间和着陆区的磁场进行探测。深圳校区空间科学与应用技术研究院行星科学实验室参与了天问一号环绕器的磁场探测载荷的研制以及后续的磁场数据标定,与中国科学技术大学团队合作,发展了无磁控卫星磁场精确测量技术,解决了空间微弱磁场的测量难题,为获取我国具有自主知识产权的行星空间磁场数据作出贡献,为火星演化和比较行星学的研究提供有力支撑。

深圳校区机电工程与自动化学院自动化学科航天器控制团队参与了天问一号火星探测器轨道转移控制方案论证和复核复算,研究成果为火星探测器环绕制动和后续的火星轨道器返回提供有力支撑。团队提出了火星探测器轨道转移的轨迹控制方法、气动捕获轨道优化、环绕轨道保持控制等技术,并与上海航天八院803所合作,开展火星探测轨道器完成样品采样后的上升控制和交会控制算法复核复算研究,为火星附近交会捕获轨道的设计和控制、采样返回轨道的设计和控制等方案论证贡献了力量。

“祝融号”从火星发回消息,我校技术完成“神助攻”

5月19日,国家航天局发布我国首次火星探测天问一号任务探测器着陆过程两器分离和着陆后火星车拍摄的影像。图像中,着陆平台和“祝融号”火星车的驶离坡道,太阳翼、天线等机构展开正常到位。

由材料学院武高辉教授团队研制的仪表级铝基碳化硅复合材料(SiC/Al)是面向空间环境经过特殊设计的新一代空间结构材料,具有低密度、高刚度、高导热、膨胀系数与轴承匹配、空间环境尺寸稳定等特性,用于祝融号巡视器的双轴天线驱动机构,经受了严酷的力学、热真空、极限高低温环境等考验,解决了指向精度和位置精度天地一致性、轻量化等问题,目前工作正常,指标满足要求,表现优异。

火星车移动与转移,为天问一号工程再添亮点

5月22日10时40分,“祝融号”火星车已安全驶离着陆平台,到达火星表面,开始巡视探测。

邓宗全院士团队自2013年起与中国空间技术研究院总体部合作成功研制的火星车移动系统、转移坡道机构,成为本次火星探测任务的工程亮点。

机电学院高海波教授主持参研了“祝融号”火星车移动系统。针对火星表面松软崎岖的地貌,火星车在软沙中易发生打滑自陷、牵引力不足的问题,联合提出了具有蠕动脱陷功能的主被动复合式火星车移动系统构型。采用该构型的火星车具有蠕动脱陷、蠕动爬坡、车厢升降防托底、悬架主动折展、车轮抬起等独特功能,具有很强的脱陷能力和爬坡能力。

机电学院姜生元教授主持参研了“祝融号”火星车转移坡道机构。该转移坡道机构折叠布置在着陆器顶端,它可实现前后两个方向的选择性抽展,并具有适应形貌复杂的火星表面的功能,能够确保“祝融号”火星车的平顺转移。

“祝融号”火星车转移和火表移动任务圆满成功,是我校科研团队与航天工业部门协同攻关的重大成果,树立了国家重大科技工程从预先研究、工程立项、技术攻关到工程实施全过程一体化的创新合作典范。

杰出校友默默奉献,航天精神闪耀星空

航天一院、航天五院、航天六院、航天八院……一大批校友在执行天问一号火星探测任务中默默奉献。

“全国三八红旗手标兵”、航天五院西安分院副总工程师陈岚校友,1986年毕业于我校无线电工程系无线电技术专业。在航天五院西安分院工作35年间,她承担了载人航天任务、探月工程任务。担任载人航天工程项目指挥期间,她出色交付了多套中继终端等关键产品,有力支撑了交会对接、航天员出舱、太空讲堂等科学任务的完成。作为探月工程项目指挥,她全程参与了从嫦娥一号到嫦娥五号探测器成功完成“绕、落、回”三步走任务。作为火星探测器项目指挥,她又带领团队开启了我国首个火星探测器天问一号的“奔火”之旅。这些大国制造让她和团队代表受到习近平总书记的亲切会见,也让她收获了首次月球探测工程突出贡献者等国家荣誉,并被评为五院优秀共产党员。

“中国青年五四奖章”获得者、中国航天科技集团第一研究院一部冯韶伟校友,2008年硕士就读于我校航天学院飞行器设计专业,在校期间荣获国家奖学金、黑龙江省优秀毕业生、全国力学大会黑龙江省一等奖等荣誉。2010年到航天一院总体设计部攻读博士学位,师从校友刘竹生院士,2014年博士毕业后加入长征五号研制团队。作为天和核心舱发射任务——长征五号B运载火箭结构总体副主任设计师,负责长征五号系列运载火箭结构及分离总体设计工作。针对空间站工程大规模空间利用和大质量有效载荷的发射需求,抓总成功研制了我国规模最大整流罩,突破了空间站大型整流罩可控分离、20吨级舱箭连接安全分离等核心关键技术,为空间站天和核心舱发射任务取得圆满成功作出突出贡献。入选中国科协青年托举人才工程。

“中国青年五四奖章”获得者、中国航天科技集团第八研究院509所牛俊坡校友,2008年硕士毕业于我校通信与信息系统专业。作为我国首次火星探测任务天问一号探测器的核心分器——火星环绕器总体主任设计师,承担火星环绕器总体设计、技术攻关和产品研制任务,并负责火星环绕器在地火转移、火星制动捕获、预选着陆区探测、着陆巡视器投送与中继通信以及环火科学探测等全任务周期内的飞行控制工作。他长期奋斗在型号一线,为天问一号成功环绕火星、着陆火星做出突出贡献。曾获上海市技术发明二等奖、509所“十佳青年”、突出贡献奖、优秀共产党员、优秀党务工作者等荣誉。

“中国青年五四奖章集体”、中国航天科技集团第五研究院总体设计部天问一号火星探测器总体设计团队潘冬校友,2004年考入我校航天学院,就读于飞行器环境与生命保障工程专业,硕士、博士期间师从赵阳教授,2014年航空宇航科学与技术学科博士毕业。2008年被评为黑龙江省优秀毕业生,2010年被评为校优秀毕业生。毕业后加入中国航天科技集团公司,现就职于北京空间飞行器总体设计部,长期从事空间机器人系统设计与产品研制工作。作为分系统副主任设计师和主任设计师,分别参与了天和核心舱机械臂、祝融号火星车移动系统以及巡天空间望远镜等为代表的多个国家重大工程任务。曾获中国机械工业科学与技术奖技术发明一等奖、北京空间飞行器总体设计部党员示范岗、优秀共产党员等荣誉。

“中国青年五四奖章集体”、中国航天科技集团第六研究院801所载人航天推进系统部刘涛校友,2013年考入我校英才学院能源与动力工程专业,自大二起师从能源学院燃烧所李争起教授,在校期间发表学术论文2篇,授权国家发明专利4项,获得中国航天科技集团“CASC二等奖学金”。硕士毕业后,他进入801所从事载人航天器推进系统设计工作,参与神舟系列载人飞船、新一代载人飞船、空间站天和核心舱与实验舱等多个型号的推进分系统产品研制。他相信自己未来也能像其他校友一样,为航天事业贡献更大的力量。

天问一号进入舱制导导航与控制分系统副主任设计师李茂登校友,2002年考入我校飞行器环境与生命保障工程专业,本科期间曾获全国大学生数学建模竞赛东北三省赛区一等奖。2006年本科毕业保送飞行器设计专业本博连读,师从荆武兴教授,曾获“哈工大第十二批正在进行的优秀博士学位论文”。2011年毕业后进入航天五院502所做博士后,合作导师为国家杰青、哈工大校友王大轶研究员,研究方向为深空探测器自主导航技术。博士后出站后,李茂登一直从事航天器自主导航领域的预研工作和天问一号的研制工作,负责火星进入、下降和着陆过程的自主导航方案与算法设计,入选502所首批青年拔尖人才工程。