7月23日12时41分,我国在文昌航天发射场,用长征五号遥四运载火箭成功发射首次火星探测任务“天问一号”探测器,成功将探测器送入预定轨道,开启火星探测之旅,迈出了中国行星探测第一步。参与火星表面磁场探测仪研发的苏州大学乔东海教授并没有当场见证这一激动人心的时刻,“当时心思还都在探测仪的运转上,得知火箭成功发射,我这悬着的心才算放下。”
火星车上搭载了6种有效载荷,包括地形相机、多光谱相机、次表层探测雷达、表面成分探测仪、表面磁场探测仪、气象测量仪,为完成火星表面巡视探测科学任务提供了保证。其中,表面磁场探测仪由中国科学院地质与地球物理研究所、苏州大学电子信息学院乔东海教授团队共同完成。乔东海教授团队主要参与了火星表面磁场探测仪电子学单元的研制和地面测试等工作任务。
“火星表面磁场探测仪将为深入了解火星表面的磁场分布、太阳磁场变化规律以及太阳磁暴等物理现象提供重要的科学依据。”乔东海教授介绍说,火星磁场的探测是开展火星研究的一项重要内容,目前有理论认为,火星曾拥有和地球类似的磁场,然而随着火星内核中熔融的铁逐渐冷却,它的磁场也逐渐减弱甚至消失。失去了地磁场的火星暴露于太阳风和辐射下,导致其失去了地表水和大气。因此,通过对火星磁场的研究,能够进一步了解火星内部的结构和演化史,这对地球磁场的变化和人类社会的发展具有重要意义。
火星的磁场相对地球磁场要微弱得多,再加上火星表面复杂的环境和多种不确定的因素,也对磁场探测仪的研制以及探测精度、分辨率等参数标准都提出了更高的要求。经过了6年的艰苦努力,乔东海教授指导的四届硕博研究生接力参与了这个项目的攻关研究,他与学生多次在苏州、北京之间往返,风雨兼程,与合作单位一起攻坚克难。
“我们的实验并不是一帆风顺的。”2017级硕士研究生徐宏伟回忆道,去年10月,他们的鉴定件拿去做最后测试时发现了一个错误,因此设计的载荷被退了回来。“航天中任何微小的错误都不能出现,我们被限定在一定的时间内查出并订正错误。那段时间我觉得特别焦虑,如果不能查出错误,意味着我们团队前面几年的努力会全部打水漂。” 为了准确定位错误的位置,团队成员一起对整个载荷进行了全面的检查,在乔老师的指导下用排除法,对载荷的所有代码和硬件进行了检查。“在找到错误点的那一刻,我激动得都要流泪了。很感激这一段科研的经历,让我迅速地成长。”
作为乔东海教授培养的首位硕博连读研究生,参与攻关的支萌辉博士对乔老师的耐心指导印象深刻。“乔老师是个非常严谨细致的人,他的言传身教对我影响很大。”支萌辉说,读博士期间的一个项目是需要对磁场探测器进行改良,为了避免嘈杂的城市环境干扰磁场测量结果,乔老师陪着他多次在凌晨前往苏州的西山进行测量,并当场进行数据处理和讨论研究。经过一段时间的实验和调整,仪器的测量精度从0.5纳特提高到0.05纳特,等于提高了10倍,这些研究都为航天应用打下了坚实的基础。
七个月后,“天问一号”就将抵达火星,开始一系列科研探测工作。乔东海教授说,后续还有很多重要的工作要继续跟进,参与火星车落地后磁强计开机和科学数据处理工作。“为推动我国成为航天强国贡献出自己的力量,这是我们作为科研工作者应该做的事。”
记者 王 拓 通讯员 丁 姗 李映杏