火星探测作为人类深空探索的重要课题,一直是国际科学研究的前沿阵地。
火星是太阳系内与地球环境最为相近的行星,其表面是否存在或曾经存在过生命,成为破解行星演化之谜的关键问题。
自20世纪60年代以来,全球已开展40余次火星探测任务,但火星生命痕迹的寻找仍是未解之谜。
2021年,中国天问一号成功着陆火星,标志着我国成为全球第二个实现火星着陆的国家,为深空探测事业迈出了坚实步伐。
作为我国第二次火星探测任务,天问三号计划于2028年前后发射,其核心目标是实现火星样品返回地球,并在实验室条件下进行高精度分析。
这一任务将突破火面采样、火面起飞上升、环火交会和行星保护等多项关键技术,代表了当今深空探测的最高水平。
其中,"激光外差光谱仪"作为天问三号的重要载荷,承担着火星大气水汽及其同位素探测、火星全球大气风场三维立体探测的科学使命。
此次合作的创新之处在于技术突破的必要性与紧迫性。
痕量气体探测是深空探测中的世界性难题,火星大气中的水汽、甲烷等气体浓度极低,体积分数仅在PPM级或PPB级,传统探测手段难以胜任。
项目团队基于激光外差探测原理,采用本振激光与太阳光合束技术,在光电探测器上产生拍频信号,实现了对微弱光谱信号的高精度捕捉。
这是国际上首次将该技术应用于深空探测领域,代表了光谱探测技术的重大创新。
深空探测对载荷重量的约束极为严苛,这对仪器的小型化设计提出了前所未有的挑战。
合肥物质科学研究院安光所在地球痕量气体探测领域已有深厚积累,此次研制突破了激光与太阳光相干探测效率及微弱信号探测两大技术难点,使仪器实现了轻量化设计,满足了深空探测的严格要求。
同时,通过扫描本振激光波长并结合射频放大滤波技术,项目团队实现了水汽同位素的高分辨测量,为揭示火星水的逃逸机制提供了有力工具。
从科学意义看,这项载荷任务将帮助人类揭开火星气候演化的奥秘。
根据行星宜居带理论,一颗行星是否宜居主要取决于其表面温度是否适合液态水长期存在。
火星曾拥有浓厚的大气和广阔的海洋,如今却演变成干燥荒凉的荒漠星球。
通过精确探测火星大气水汽及其同位素,可以追溯火星水和大气的逃逸过程,揭示其从宜居环境演变为恶劣环境的历史轨迹。
这一发现不仅有助于理解火星的过去,更能为人类认识和保护地球提供重要参考。
此次合作充分体现了区域协同创新的优势。
合肥物质科学研究院作为国家级科研机构,在深空探测领域具有雄厚的技术基础;澳门科技大学和香港中文大学在光学工程、机械自动化等领域拥有国际先进水平的研究能力。
三方强强联合、优势互补,既符合面向世界科技前沿、面向国家重大需求的战略导向,又是长三角与粤港澳大湾区科技资源深度融合的生动体现。
这种跨地域、跨机构的合作模式,为我国深空探测事业注入了新的活力,也为区域创新发展树立了新的标杆。
从地球到火星,从实验室到深空,这场跨越4000万公里的科学远征,既是对宇宙奥秘的追问,亦是对人类命运的思考。
当长三角的科研底蕴遇上粤港澳的创新活力,中国探索星辰大海的征程正书写新的篇章。