一個研究生的火星任務日記（四）——其實一切都還只是剛剛開始

2020-08-19 牧夫天文

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一個研究生的火星任務日記（四）

——其實一切都還只是剛剛開始

原作：徐鵬暉

編排：王璞

後臺：庫特莉亞夫卡 李子琦

一個火星任務的設計內容當然不僅僅只包括軌道設計、載荷設計、太空飛行器設計這幾方面，還有運載系統、發射場系統、測控系統與應用系統。對於這些系統來說，火星任務能夠選擇的方案相對確定，因為我國經過幾十年的基礎設施建設和技術儲備以後，這些系統相對比較成熟。

首先是運載系統。對於火星任務來說可選的運載火箭基本只有長徵五號系列。從運力上來說，目前我國只有長徵五號系列的火箭可以將噸級乾重的太空飛行器送去火星，如果使用長三乙，則太空飛行器乾重將會大大縮水，完全無法滿足如此多的載荷一起前往火星進行探測的需求。另外還有整流罩尺寸的限制，長三和長二系列一般是在西昌和酒泉發射，火箭進場時是通過鐵路轉運的，而我國鐵路標準軌距是1435mm，由此限制了火箭單級和整流罩的最大直徑。但長五是通過海運轉運到發射場的，因此可以把箭體做大，整流罩外徑也達到了此前沒有的5m，可以容納大型組合體太空飛行器。所以我們沒有懸念地選了長五基本型作為運載火箭。

長徵五號遙四火箭

圖片源自網絡

其次是發射場系統。眾所周知我國目前有四個發射場，分別是酒泉衛星發射中心(JSLC)、西昌衛星發射中心(XSLC)、太原衛星發射中心(TSLC)和文昌衛星發射中心(WSLC)。JSLC以往一般承擔載人航天相關任務的發射，XSLC則一般負責月球探測和中高軌的發射任務，太陽同步軌道任務一般在TSLC發射，而WSLC作為新建的發射場，具有緯度低、靠海等優勢，同時由於前面提到的火箭轉運方面的原因，WSLC成了我們目前唯一的選擇。

圖一：酒泉衛星發射中心，圖二：西昌衛星發射中心，圖三：太原衛星發射中心，圖四：文昌衛星發射中心

圖片源自網絡

此外還值得一提的有測控系統，經過多年建設，我國目前已經在地球上的多個地點建立了多功能一體化的深空測控臺站，組成了深空測控網。我們在設計的時候選擇了佳木斯站、喀什站和內烏肯站作為參考，雖然老師給我們的設計原則是如果可以滿足數據接受要求的話能少用站點就少用，因為多一個站點就會給項目增加不少支出，但是最終的結果仍然是一個都不能少，也可見火星任務數據傳輸之緊張。（後日談：天問一號在這方面實際上是尋求了一定程度的國際合作的，比如歐空局將利用法屬蓋亞那地面站進行跟蹤，同時利用澳大利亞和西班牙的站點幫助進行8次通訊連接）

圖一：佳木斯測控站，圖二：喀什測控站，圖三：內烏肯測控站

圖片源自網絡

經歷了4個月迭代設計之後，我們終於可以開始準備寫項目建議書了。然而這東西同樣是個硬茬，就算我們有6個人，每個人可以把自己負責的部分分著點兒寫，平均分配到每個人頭上的文字量比起我這四篇文章加一起只會多不會少，最後到統稿的時候初稿頁數更是達到了113頁之多。加上那段時間因為家裡有事耽誤了幾天進度，我在DDL最後幾天更是日夜加班爭取完成統稿，文書寫作工作量之大可見一斑。

項目建議書最後要求我們給個項目預算估計，於是我把小陳同學拉了過來：「預算這個咋寫啊？」

「要不我們找幾個同類型的項目，看看它們最後的決算是多少，比較一下給個大概區間？」

於是我上網找了一下。

「照這麼算我們這個項目預算大概在80-140個億啊，這麼貴的嗎？！」我是真有點嚇到了。

「好奇號我記得最後的決算好像在25億美元左右，MAVEN這樣子的項目都有50個億的人民幣，我們這個畢竟是『旗艦級項目』嘛，花個20億美元不算過分。」

「這項目體量和花費這麼龐大你怎麼不早告訴我……」

100億人民幣是什麼概念呢？為了能讓讀者有個更為直觀的理解，我去國家財政部的網站上找到了2019年財政收支狀況的數據[1]，其中用於科學技術的支出為9529億元。也就是說，如果這個火星項目的所有預算在一個財年內全部到帳，它的支出佔比將超過當年全國用於所有科技項目的1%。可別小看了這1%，這僅僅是一個項目的支出，而且九千多億的經費得用在全國各個學科領域的各類研究上，這1%就變得不可小覷了。因此火星任務也是非常燒錢的。

初稿交上去後又經過了兩輪修改，最終形成了項目建議書的終稿，也就是我們小組的結課作業，4個多月的努力也算有了回報。答辯結束之後，老師讓同學們發表對課程的感言，我就把我當時的發言貼在這裡，作為這個系列科普文章的結尾，也算是對我希望對讀者傳達的內容的總結吧：

「其實在開始這個項目的設計論證之前我也和大家一樣，對空間任務的認識僅僅停留在發射和在軌運行方面，每當從電視上看到又有什麼衛星發射上天的時候，也只是習以為常地感嘆一句：『啊又有衛星上天了啊。』但是很多事情就像小馬過河一樣，自己試一試過後才知道裡面的深淺。我現在回過頭來看才發覺，空間任務的設計是一個目的性、系統性非常強的工作，裡面涉及的東西並非看上去那麼簡單。特別是像火星任務這樣的大型空間任務，系統裡面的複雜性實際上可以說是超出了我們的能力範圍。而在經歷了這些之後，我在將來看待那些空間任務時也許會用一種更系統的眼光。另外關於負責火星任務的科學家和工程師們在看不見的地方所付出的巨大努力，我們也通過這種方式得以一窺。如果一個類似於這樣的火星任務在現實中真的要付諸行動的話，我們現在頂多處於Phase 0的階段，將來還有很長的路要走。因此無論是我們，我們設計的這個項目，還是現實中對於火星的探索，一切的一切，其實都還只是剛剛開始……」（完）

（限於筆者水平和篇幅，文章對於火星任務的介紹難免有疏漏之處，還請讀者見諒，此外本系列文章寫作過程中得到了中國科學院國家空間科學中心鄭建華、李明濤、高東、於錫錚幾位老師的幫助，在此表示感謝，另祝此時已在前往火星的路上的天問一號能最終一路順利完成任務。）

參考資料：

[1]http://gks.mof.gov.cn/tongjishuju/202002/t20200210_3467695.htm

責任編輯：艾宇熙

牧夫新媒體編輯部

『天文溼刻』 牧夫出品

天問一號拍攝的地月合影

圖片來源 國家航天局

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