應急信標，相當于“黑匣子”，在深空探測中，可以在緊急情況下，發(fā)送指定信號，分析探測器的狀態(tài)。

7月23日12時41分，長征五號遙四運載火箭將我國首次火星探測任務“天問一號”探測器發(fā)射升空，并成功將探測器送入預定軌道，開啟火星探測之旅，邁出了我國自主開展行星探測的第一步。

科技日報記者23日從南京航空航天大學獲悉，在本次火星探測任務中，該校研制的火星應急信標裝置，將搭載“天問一號”在火星著陸。科研團隊介紹，這套應急信標的防沖擊性比黑匣子高三四成，并將在火星的極端氣候下，接受遠距離通信的挑戰(zhàn)，南航是國內唯一獨立承擔火星探測器載荷研制任務的高校。

應急信標防沖擊性比黑匣子高三四成

“天問一號”將在地火轉移軌道飛行約7個月后，到達火星附近，通過“剎車”完成火星捕獲，進入環(huán)火軌道，并擇機開展著陸等任務，進行火星科學探測。

“我們研制的信標裝置安裝在探測器的著陸器上。應急信標裝置相當于飛機的黑匣子，在探測器著陸后，可在特定情況下，發(fā)送指定信號，分析探測器的著陸狀態(tài)。”南航火星探測器信標項目沖擊防護系統(tǒng)主任設計師張子建告訴科技日報記者。

“這意味著信標得有高沖擊防護能力。”張子建介紹，科研團隊建構了一種剛柔耦合系統(tǒng)，相當于給信標穿了一身剛柔相濟的“防護服”，防沖擊性比飛機的黑匣子要高30%~40%。“這種防護強度，相當于從高空扔一個雞蛋，不僅要保證雞蛋不破，而且蛋黃和蛋清還要不混。”

高過載沖擊試驗是考核信標裝置抗極端環(huán)境的重要驗證試驗，試驗過程具有一定的危險性，盡管在試驗前有專門關于技術安全的風險控制措施，但高沖擊試驗的危險性和不確定性，還是讓團隊成員吃了不少苦頭。

南航火星應急信標團隊總設計師、航天學院常務副院長陳金寶介紹，為了讓高沖擊試驗可控、可測地進行，團隊采用了5種試驗驗證工作的沖擊方案。第一種方案需要近距離測量信標的參數，但由于信標位置的不可預知性，團隊成員需要冒著被砸傷的風險，堅守在試驗場第一線測量參數。實際試驗工作中，信標距離成員的距離不足10米，若稍微出現一點偏差，團隊成員可能就面臨生命危險。

在火星的高溫極寒條件下挑戰(zhàn)遠距離通信

火星溫度高溫高寒，為了讓信標在零下130攝氏度至50攝氏度的極端溫度下工作，凍不著、熱不著，研究團隊實施了一種像疊被子一樣的工藝，進行精確的熱控分析，以更精確地減少材料、保存熱量，而這都是沒有經驗可循的。

實現遠距離通信是信標的又一功能，這需要復雜的無線電測控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等，而如何將這些復雜的系統(tǒng)都裝進4公斤重的信標里，用張子建的話說，這相當于將大象裝進冰箱里。對此，團隊要逐一攻克電磁兼容等問題。

在信標裝置通信能力測試的過程中，研制人員曾發(fā)現通信有丟幀的現象，一直找不到原因，為了查找和定位通訊的故障，不帶問題上天，大家主動放棄假期，成立技術突擊小隊，連續(xù)48小時對通信系統(tǒng)軟硬件排查，最終在出廠交付前定位和解決了問題。

“信標裝置能夠在高強度沖擊、極寒等極端環(huán)境下開展數據通信保障，主要在火星探測器著陸后進行應急通信保障，這在國內外都稱得上‘首創(chuàng)’。”陳金寶說。

自2018年8月火星應急信標裝置研制團隊在南航成立，到詳細設計方案于2019年4月評審通過，經過6個月的研制與技術攻關，南航航天學院團隊按計劃完成了電性能測試、力試驗、鑒定級產品投產、大過載摸底試驗、全時序模擬測試、熱平衡試驗、專項試驗研制技術流程，各項功能與性能滿足使用與設計要求。2019年11月底，火星應急信標裝置正樣產品順利投產。2020年4月信標裝置正式交付。