好一辆漂亮的火星车

2021年5月15日7时18分，“天问一号”探测器在距离地球3.2亿千米之外，成功着陆在火星乌托邦平原南部预选着陆区。

5月22日10时40分，祝融号火星车驶离着陆平台，开始新的征程……

祝融号！一个新奇的名称举世瞩目。

2020年7月23日，中国首次火星探测工程“天问一号”成功发射。次日，“中国第一辆火星车全球征名”活动开启。“天问一号”点燃了全民的火星热，数以百万计的网民参加投票。进入前10名的有：祝融、弘毅、麒麟、哪吒、赤兔、求索、风火轮、追梦、天行、星火。2021年4月24日，国家航天局正式公布中国第一辆火星车命名：祝融号。

在祝融号之前，贾阳与他的团队，已经为嫦娥三号、嫦娥四号做过两辆月球车：玉兔号和玉兔二号。而今，贾阳是“天问一号”探测器系统副总设计师，分管祝融号火星车。

贾阳做过一期电视节目，观众众多，他最出彩的一句话是：“我们的团队要做一辆漂亮的火星车！”

不是一辆“厉害”的火星车，而是一辆“漂亮”的火星车，这样的表述让人们浮想联翩。他还说，中国第一辆火星车应该有中国元素，让人一看就是中国人造的。

重中之重

在浩瀚的太阳系中，火星与地球距离较近，自然环境与地球最为相似。

对火星的探测与研究，有助于人类进一步认识地球和太阳系的形成和演化，研究地球的未来变化趋势。探寻地外生命信息、探查火星是否曾经存在支持生命活动的环境，成为当今火星探测的科学主题。

对航天科学家来说，仅靠轨道器环绕遥感，对火星进行远距离观察，显然是不够的。于是，他们将目光转向着陆器，携带火星车登陆火星，获得更多的火面细节。

中国首次火星探测任务，火星车成了重中之重！

与我采访过的许多航天人一样，贾阳一身工装，圆脸，厚嘴唇，发型随意，眼镜也很普通。1992年从国防科技大学考取中国空间技术研究院（简称航天五院）研究生，毕业后，跨进了航天大门。他出任过月球车主管副总师，两只“兔子”在月球上的精彩表演，让国人惊喜不已。

一见面，我就说：“网友们说您是为火星做车的人。”

贾阳立即纠正：“准确说，是我们团队在做火星车。这个团队有几十人、几百人，甚至成千上万人。”

“你们已经做过两辆月球车了，再做火星车是不是驾轻就熟？”

贾阳笑了：“打个比方，你会造自行车，现在让你去造辆汽车，你会觉得很简单吗？”

贾阳说研制火星车面临着诸多的技术挑战：火星距离太阳更远，阳光能量只有月球表面的38%，火星车太阳能电池板的面积要更大，还要努力对着太阳的方向；火星上沙暴频繁，每当风沙肆虐时，火星车接收到的太阳光能量急剧下降；火星车与地面的信号传递，来回需要40分钟，必须为火星车设计“超强大脑”……

我似懂非懂：“看来，做一辆漂亮的火星车绝非轻而易举。”

贾阳笑了：“是难。不过，我们不就是干这种活的师傅吗？再说，航天人都是喜欢做梦的人，有梦就有追求，有梦就能创新！”

火星车既然是“车”，最关键的是要“走”好。

要让火星车稳稳地走起来，必须解决车轮沉陷沙地、爬坡困难、车轮易破损三大难题，还必须满足极为苛刻的重量要求。

火星车移动分系统主任设计师袁宝峰，担负的是让火星车“走”好的重任。

2003年从哈工大研究生毕业的袁宝峰，正赶上我国第一艘载人飞船神舟五号圆满完成任务，借着这股“航天热”，他成为一名航天人。

火星探测任务立项之前，国内一些科研院所和高等院校，已经开展火星车先期研究。火星表面既有松软的沙地，又有坚硬的石块，为了提高火星车的通过能力，设计师们在主副摇臂悬架的基础上，创新性地增加了夹角调整机构和离合器，使火星车悬架从被动悬架，变为主动悬架。

记得是2014年一个冬日，袁宝峰与火星车移动团队，开了一场激情澎湃、灵感飞扬的技术研讨会。

“火星车要解决车轮沉陷和爬坡困难问题，关键是轮地作用特性，有了主动悬架，能升降车体，具有灵活的移动方式最重要。”潘冬首先从系统功能角度进行了分析。

“对，火星车实现沉陷脱困，单靠车轮转动不行，必须有外力的推动才行。”刘雅芳补充道。

林云成说：“沙地里的动物防止沉陷各有妙招：骆驼靠大脚板，蜥蜴靠快速移动，蛇靠身体滑动。咱们的火星车沉陷下去靠啥能出来？”

“小时候我们玩的大青虫子，小脚不大，但被沙土埋起来，三下两下就爬出来了。”潘冬受到启发，用手在桌子上抓了起来。

刘雅芳见他那滑稽模样，笑着说：“那叫尺蠖运动，就是后脚使劲让前脚向前伸，前脚使劲，拉着后脚向外拔。”

“我听明白了，大家的意思是，利用车轮和夹角调整机构配合，通过尺蠖运动，把车轮依次推出来。咱们主动悬架的设计方向，以尺蠖运动为主攻方向。”袁宝峰总结道。

火星车移动团队每次集体攻关会，都是一次智慧的融合，都会撞击出创新的火花。

团队创新思考，形成三种方案：大车轮蠕动悬架、摆臂车轮主动悬架、摇臂式主动悬架。经过几百种复杂地形工况的运动性能仿真对比，最后决定采用主副摇臂式主动悬架移动系统。

有了大思路，还有许多技术难关需要突破。这期间，仅总体设计就完成了十几轮迭代优化，确保悬架移动系统各方面都达到最佳。

长期以来，我国宇航应用的谐波减速器相比进口谐波减速器，在输出力矩和负载能力上相差1倍多。火星车要达到国际先进水平，就必须要有类似国外的高性能谐波减速器。袁宝峰找到国内一家大企业，对方一听火星车使用条件和环境极其苛刻，研制周期又短，风险太大，没敢接活。

犹如雪中送炭，一家小公司主动找上门来，拿出类似国外轻量化大力矩谐波减速器。这家公司不到20人，设备简单，三位骨干技术员都已50多岁，他们渴望在退休之前，为国家的重大任务做点贡献。

为了保险，袁宝峰选择进口产品与那家公司产品一起进行严酷的技术考核，结果发现，进口谐波减速器在低温下的启动力矩更大，这就导致它的移动系统更重。上星部件，“克克计较”，袁宝峰决定选用相对较轻的国产产品。

有人善意地提醒袁宝峰：“用这家小公司的产品上星，真出了问题，你作为设计师将要承担全部责任。”

经过深思熟虑，袁宝峰坚持了自己的选择。但是，他又发现新问题：国产谐波减速器在严酷的载荷与环境条件下，测试寿命只有设计值的一半。

怎么办？火星车移动团队经过深入分析，在深冷处理、装配精度等方面，开展了一系列检验和测试。

探测器系统总设计师孙泽洲闻讯赶来了。他充分肯定团队前期的工作，勉励大家务必攻克难关。孙泽洲说：“无论是‘北斗“嫦娥’，还是载人飞船，已经一次次证明，关键技术是要不来、买不来、讨不来的。哪怕面临一些风险，‘天问一号’组部件国产化的路也必须坚定不移地走下去。”

一个月，两个月……团队顶着巨大压力，通过改进润滑方案、优化产品装配精度等措施，产品最终完成了寿命试验考核。火星车终于用上国产的谐波减速器。

车轮是火星车的重要部件，必须满足高效的牵引性能、高强的承载和攀爬性能、独具特色的里程标记功能。

袁宝峰告诉我：“祝融号车轮的创新性设计，在材料、构型、性能等方面都达到一个前所未有的高度。比如，车轮具有‘一指禅’功能，任意一个轮刺，只需要一个‘指尖’接触岩石，就可攀上超过车轮直径的垂直石块；车轮的胎面具有特别的韧性和强度，一个锥刺顶在车轮最薄弱的胎面部位，施加1000牛顿的力，都难以扎破轮胎；还有，车轮选用铝基碳化硅材料整体加工，利用锋利的侧边，车轮边缘压在700的光滑岩石上也不会下滑。”

“祝融号前进之后，车辙上呈现出一个个‘中’字，这个奇特的点子是怎么想出来的？”

“贾总一再强调要做一辆漂亮的火星车。”袁宝峰说：“车轮是唯一与火面接触的部件。我们利用车轮减重槽的网格结构，设计出了具有中国特色的‘中’字印记，网友一致称赞很有‘中国范儿’。”

这支年轻得让人惊讶的团队，最初7人平均年龄仅29岁。后来有人参与其他型号研究，又有新人加入。到2020年“天问一号”成功发射，团队成员的平均年龄也只有33岁。几经磨砺，这支队伍快速成长，有一半成员成为型号的主任、副主任设计师，也有人走上了管理岗位。

中国首次火星探测工程总设计师张荣桥说：“‘天问一号’团队一个鲜明特色是‘年轻’——这些朝气蓬勃、能吃苦、敢创新的年轻人，一次次创造了奇迹。”

“蓝闪蝶”

从南五环到北五环，穿越了大半个北京城。

每天天刚蒙蒙亮，马静雅便全副武装出发。作为一位还在哺乳期的职场妈妈，她背个大背包，里面装着一只迷你保温箱和冰晶，还有取奶器、“下奶”食品，足有五六公斤重。

2014年10月，马静雅休完产假。组长对她说：“现在有个很重要的项目，你先跟进一下。”马静雅加入了火星车研发团队。这是航天工程的一件大活儿，她十分兴奋。

头一次见孙泽洲和贾阳，马静雅感觉两位总师思路清晰，见地独到。他们对火星车太阳翼（太阳能电池板）的标准提出明确的要求：面积要大，构型要美观，能对日调整角度，可以除尘，可靠性要高。

火星表面太阳光照弱，为满足火星车的能源需求，太阳翼的面积将近4平方米。最早的设计方案，只有左右两只“翅膀”，收拢时为屋顶结构。可力学分析表明，发射时两只“翅膀”振动响应很大，必须做得很结实，那要付出许多重量代价。又想到折展方案，但太阳翼向前展开时会遮挡导航相机视线，向后展开，上下坡时又容易触地。又有人提出将电池片粘贴在聚酰亚胺薄膜上，像扇子一样展开。面积大了，重量轻了，但技术不成熟…一

一日，思绪活跃的马静雅，经过与赵坚成、柴洪友、杨巧龙等老专家多次探讨，想出一个新方案：它由四块矩形板组成，每两块电池板由铰链连接在一起，发射时折叠收拢在车的顶部；保证电池片朝外，即使太阳翼没展开，白天日照条件下也能产生电流补充能源，保证车落火星后能“活着”。为实现对日定向的需求，还设计了一个只有17克的分布展开机构。

马静雅拿着方案兴冲冲地找到贾阳和火星车总体主任设计师陈百超。

贾阳看完图纸，说：“有新意。不过，火星车从着陆器上下来时，太阳翼伸出车体的长度应该尽量短些。不然，它会与地面发生干涉。”

为了满足行走时包络最小、构型最合理，团队又对太阳翼第二轮方案进行迭代设计：圆形、半圆形、多页扇形……将原先长方形箱体，改成圆形的顶面，但仍未找到最佳形状。

陈百超在吉林大学读博时，博士论文课题是一种高性能月球车的方案设计，还出了原理样机。当月球车“开”进航天五院时，引起了专家们的兴趣。2009年，陈百超博士一毕业，便进入航天五院总体部。

夜里，陈百超辗转反侧，老是想着太阳翼。

他索性打开电视机，荧屏上植物园里百花盛开，像是花的海洋。镜头慢慢拉近，几只彩蝶在花朵上蹁跹起舞……

陈百超两眼一亮：“就是它了，蝴蝶！”

在办公室电脑里，陈百超将蝴蝶翅膀状的太阳翼展示了出来。这个构型完美地解决了太阳翼展开后行走包络干涉问题，其中左右两片电池板，还能实现对日定向。

太阳能电池板是深蓝色的，展开后像蝴蝶的两对翅膀；两根天线向前伸出，像蝴蝶的触角；车体前方的两台圆柱形设备，好似蝴蝶的复眼；六只车轮替代了蝴蝶的六足。

贾阳赞道：“它真像一只蓝闪蝶。”

马静雅挺好奇：“蓝闪蝶是什么蝴蝶？”

“它是生活在中南美洲蛱蝶科闪蝶属最大的一个物种，长约15厘米，翅膀呈金属光泽。”

“蓝闪蝶”构型有许多优点，但也存在一些风险。太阳翼在收拢状态时，电池板是朝下的，如果落火后太阳翼不能及时展开，整车的电源撑不过一天，整个任务将会失败。解决太阳翼展开可靠性问题，变成后续研制的首要任务。然而此时，剩下的时间不到一年。从工厂交付驱动组件，到送至北郊做力学试验，所有的流程都是按天计算。在最后总装环节，离整星力学试验只剩下一周。马静雅和工厂的工艺师王国星、操作师安长河等，在车间里连续装配和测试4天，在力学试验前一天将产品交付给整车。