火星，我们来了！北京时间7月23日12时41分，我国首个火星探测器“天问一号”发射升空！

我国首次火星探测任务目标是通过一次发射，实现火星环绕、着陆和巡视探测，获取火星探测科学数据，迈出我国行星探测的第一步。

中科院上海技术物理研究所负责研制火星表面成分探测仪和火星矿物光谱分析仪，是唯一承担两个有效载荷研制的单位。

火星表面成分探测仪鉴定件调试（从左到右：舒嵘、金焱飞、徐卫明）

对火星表面成分探测，300毫秒可完成一次

火星表面成分探测仪，是火星车上的主要有效载荷之一，将对着陆区的火星表面元素、矿物和岩石开展高精度的科学探测，这对研究火星的形成、地质的长期演变过程等具有重要的科学意义。

“每种元素在受热发光时都会发出像指纹一样独一无二的光谱。火星表面成分探测仪瞄准要分析的火星矿物或岩石，会发出瞬时功率达到百万瓦的强激光脉冲，并聚集在0.2-0.5毫米的光点内。激光诱导可以产生很高的温度，光点处的矿物或岩石会瞬间被加热为等离子气体，探测仪通过对气体的光谱进行分析，从而得到元素的种类和含量。”上海技物所研究员徐卫明告诉解放日报·上观新闻记者，这种探测300毫秒可完成一次。

何志平介绍火星矿物光谱分析仪

“这相当于去看彩虹，可以看到576个不同颜色”

火星矿物光谱分析仪，是通过获取火星表面可见光至中波红外宽谱段的光谱成像数据，为矿物资源分布和火星地质环境的探测提供科学数据。从可见光至中波红外，也就是从400纳米到3400纳米，其涵盖的谱段之宽，达到国际先进水平。

它有着不一般的“火眼金睛”，光谱分辨率约4纳米。“这相当于我们去看彩虹，可以看到576个不同颜色。光谱分得越细，越能分析出是什么物质。”上海技物所研究员何志平介绍。

火星矿物光谱分析仪采用推帚式成像。相比普通相机一次只看一个谱段的信息，推帚式成像可以同时看到576个谱段，然后就像扫帚一样随卫星运动向前扫动，得到不同位置目标的几何形状信息。

仪器本身也会产生噪声信号，因此需要屏蔽仪器信号，把红外背景的干扰做到最小；手表转了一天可能会快5秒，需要校准。火星上要得到一个真实的测量值，同样需要定标。“光谱分析仪就像是一把尺子，定标相当于在上面测刻度。”上海技物所副研究员徐睿告诉解放日报·上观新闻记者，为了把火星矿物的红外信号测得更准，研究人员突破了红外背景抑制、组合定标等关键技术。

从火星探测到的数据量很大，既有图像又有光谱，如何实时传送到地球？科研人员采取多元实时动态融合技术，当需要光谱信息时，就把空间信息合并；想要研究火星复杂地形时，就减少光谱信息，保留空间信息。

“第一次见面时，美方觉得我们不一定能做得出”

“抗低温和轻量化，是我们在研制这两个载荷时面临的最大挑战。”上海技物所副所长、研究员舒嵘告诉解放日报·上观新闻记者。

一到夜晚，大气稀薄的火星表面会降到零下130度。火星车白天可以收集太阳能，保证自己在夜晚不被冻坏。如何让这些精密的载荷设备也能熬过低温成为了一大难点。科研人员除了选用先进材料强其“筋骨”，还为其穿上了轻薄的“保暖外套”。“就算零下130度也能扛过去，设计寿命达3个月。”舒嵘说。

原本一台普通的光谱分析仪至少上百千克，但执行火星探测任务需要体积小质量轻，经过科研人员的高度集成，火星矿物光谱分析仪最终控制在了7千克左右。

“深空探测需要走向国际合作。这次火星探测，我们与法国建立了双向的数据开放合作。”舒嵘介绍，美国2011年发射的“好奇号”火星探测器上有一台化学相机，安装了一个标准样本。通过法方的牵线搭桥，同样规格的标准样本这次也分别安装在了美国“毅力号”火星车和我国“天问一号”火星车上。“第一次见面时，我们刚完成初样阶段的电性能件，美方觉得我们不一定能做得出满足性能的火星表面成分探测仪。最后，我们不仅做成了，就连关键的分光器件也都是自己做的。”

火星表面成分探测仪和火星矿物光谱分析仪的研制历时3年多，上海技物所团队成员加班加点，放弃了所有的假期。许多家在外地的科研人员本来盼着鼠年春节回家团聚，但疫情突来，怕影响后期工作，大家主动放弃了回家。为了准备发射，一些科研人员已在海南文昌的发射场待了4个月之久。