中國深空探測，邁向更深更遠處

火星全球影像圖、深空科學城、鵲橋試驗衛星……4月24日，第八個中國航天日，一個個重磅航天科技成果集中亮相，走進公眾視野。

這些亮眼的成果背后有哪些故事？它們蘊含了怎樣的科技實力？《中國科學報》就此采訪了相關專家。

首個國產“全火圖”

帶來更精確火星地理基準

這個航天日最亮眼的成果莫過于“全火圖”——首次火星探測火星全球彩色影像圖。

2020年4月24日，在第五個“中國航天日”，備受關注的中國首次火星探測任務被命名為“天問一號”。隨后，7月23日天問一號探測器被成功送入預定軌道，開啟火星探測之旅，邁出了中國自主開展行星探測的第一步。

現在，“全火圖”的問世帶來了中國火星探測的一個重磅成果。它是天問一號環繞器中分辨率相機于2021年11月至2022年7月通過284軌次的遙感成像對火星表面實現全球覆蓋制作而成的。

“所謂的軌次，即探測器環繞火星一圈。”深空探測實驗室系統研究院高級工程師李佳威向《中國科學報》解釋。根據飛控計劃，天問一號環繞器在特定的環火星圈次內，在800公里以下的近火點利用中分辨率相機對火星表面進行拍攝。

據悉，從2019年4月開始，經過3年的制圖實驗、數據處理方法的確定，以及軟件的研發和制圖方法與流程的制定等前期準備工作，到2022年7月完成全部14757副圖像的接收，我國科學家歷時8個多月，才完成全火圖的制作。

李佳威介紹，為了便于多角度觀看火星全球影像圖，科學家按照制圖標準，分別制作東西半球正射投影、魯濱遜投影和墨卡托投影加方位投影圖三種影像圖。這些圖像將為國際同行開展火星探測工程和火星科學研究提供質量更高的基礎底圖。

“通過我們制作的高分辨率火星全球影像圖，可以為后續開展遙感數據影像提供精確地地理基準，便于科學家更好地開展火星全球地質地貌的研究。”他說。

天問一號環繞器1：1模型。圖片來自：深空探測實驗室供圖

火星全球圖魯賓遜投影。圖片來自：中國國家航天局

深空科學城

打造交互共融科技“綠洲”

同一天，安徽省發布深空探測實驗室深空科學城概念性設計規劃。

從量子科技、核聚變能到今天的深空科學城，安徽省正在持續發力，打造科技創新策源地。

據悉，深空科學城規劃位于合肥“未來大科學城”核心區，以“深空探測”為主題，將打造世界一流的深空探測綜合性研究基地，圍繞深空技術、深空科學、深空資源、深空安全四大領域12個研究方向，支撐和實施國家重大科技工程。由國家航天局、安徽省人民政府、中國科技大學三方聯合組建。

“深空科技城旨在加速打造國家級戰略科技力量，推動航天技術新突破，促進重大科學發現，加快實現我國深空探測發展戰略目標。”深空探測實驗室質量技術部規劃主管高倩表示。

她表示，深空科學城規劃的原則主要有四個方面。一是加強統籌，統籌長遠，分步建設；統籌與“合肥未來大科學城”其他布局內容的功能互補；統籌布局，集約用地。二是急用先行，緊密圍繞國家重大任務需求，加緊形成實驗室科研核心能力。三是聚焦重點，明確大科學裝置功能定位，加快推動論證、培育和建設；四是，彰顯理念，彰顯“科技、安全、生態、國際化”理念，打造地標建筑，建設數字園區。

基于此，園區分為8個功能區（科研創新區、科學裝置區、總裝測試區、運行支持區、國際協作區、科普展示區、數據應用區、配套保障區），重點布局大科學裝置，建設深空戰略研究與體系中心等核心設施；培育國際大科學工程，推動共建國際月球科研站；建設集科學、技術、工程、科普于一體的創新高地；搭建科技成果落地和新興產業發展平臺，建成具有國際影響力的科創中心和人才高地。

據介紹，深空科技城將集科研圣地、田園耕地、旅游勝地于一體，旨在營造交互共融的科技“綠洲”。

月球“天上都會”

開啟深空探測新征途

今年，我國月球探測任務的一個重點——將搭載鵲橋二號中繼星任務發射的兩顆鵲橋通導技術試驗衛星分別正式命名為“天都一號”“天都二號”。

作為探月工程四期公共中繼星平臺，鵲橋二號中繼星計劃于2024年發射，為嫦娥四號、嫦娥六號、嫦娥七號、嫦娥八號任務提供中繼通信服務。

“鵲橋中繼星是建立地球與月球探測器之間的橋梁。”深空探測實驗室總體技術研究院研究員陳曉解釋，我國未來探月工程及全球月球探測發展趨勢，對月球的通信、導航、遙感服務提出了迫切的需求。因此，近期我國啟動了鵲橋通導遙綜合星座的建設論證。

據介紹，這個綜合星座系統復雜，關鍵技術眾多。深空探測實驗室利用鵲橋二號任務的發射余量，提出了天都一號、天都二號的試驗任務。“天都一號”重約61千克，“天都二號”重約15千克。雙星計劃搭載長征八號運載火箭，隨“鵲橋二號”中繼星一同發射。入軌后，計劃在環月大橢圓軌道，開展星地激光、星間微波測量試驗，開展環月軌道確定、地月通信新技術驗證。

陳曉表示，我國通常以極具中國文化元素的名稱給衛星命名。“天都”的名稱來源于安徽黃山的主峰之一，意味“天上都會”。也因此提出了兩顆試驗星的深空探測實驗室的名稱——天都實驗室。

“這寓意著我們將面向未來，開啟包括月球在內深空探測新征途。”陳曉說，“天都一號”“天都二號”小衛星的順利實施，將為后續我國“鵲橋通導系統”的設計提供有力的參考和依據。

那么，和地球衛星對比，月球通導遙綜合星座系統如何工作？對此，陳曉解釋，月球的通信導航遙系統類似于月球版的“北斗導航系統”，通過發射運行于月球附近的人造衛星星座，為月面及環月用戶提供中繼通信、導航及遙感服務。

但是與北斗導航系統不同的是，在月球附近，由于受地球引力影響，衛星軌道動力學更復雜；同時由于月球衛星距離地球更遠，通信鏈路信號更弱；此外，這個系統的服務對象也不同于地球用戶，因此對星座設計、運行控制等都提出了更高的需求。

天都一號與天都二號。圖片來自：深空探測實驗室

隨著中國航天事業的發展，中國航天科技成果還走出國門，成為國際合作的“橄欖枝”。航天日啟動儀式上，中國國家航天局公布，嫦娥五號月壤樣本還被饋贈于俄羅斯、法國等友邦。今年4月，法國總統馬克龍訪華期間，中國向法國贈送了1.5克科學用月球樣品；2022年2月4日，俄羅斯總統普京訪華時，中國贈送俄羅斯1.5克科學用月球樣品；2023年3月，中國國家主席習近平訪俄期間，俄羅斯回贈中國1.5克科學用月球樣品。

據悉，中國贈送法國和俄羅斯的月球樣品來源于2020年12月中國嫦娥五號任務從月球正面風暴洋東北部天船基地獲取的鉆取樣品和表取樣品；俄羅斯回贈中國的月球樣品來源于1970年前蘇聯月球-16號任務鉆取的樣品。

 2020年12月，中國國家航天局發布《月球樣品管理辦法》，鼓勵開展月球樣品研究，促進科學成果共享。迄今，已有澳大利亞、俄羅斯、法國、美國、英國及瑞典等國科學家參與了中國月球樣品的科學研究。

隨著中國深空探測不斷走向更深更遠處，中國與世界各國開展航天交流合作，推動在外空領域構建人類命運共同體的步伐將更加穩健。