《图说火星探测的科学》：火星车如何瘦身？设计师揭秘
北京晚报 | 作者 王清颢
《图说火星探测的科学》贾阳、贾思航著 化学工业出版社
由火星探测器副总设计师贾阳与青年科普作家贾思航共同编写的《图说火星探测的科学》是一本知识满满的科普书，同时字里行间也饱含我国航天人的浪漫情怀，体现着严谨精神。
火星探测器的设计与研发的过程是漫长且艰苦的，从组建研发团队到祝融号在火星着陆，经历了整整六年的时间。在这六年的时间里，航天人们在实验室、在野外的试验场，日复一日地进行着枯燥而严谨的试验，压力大、要求高，可是他们却在其中制造着自己的快乐和浪漫。
《图说火星探测的科学》不满足于介绍火星探测的历史，不满足于介绍火星的相关知识点，不满足于介绍探测器的具体情况，而是将重点放在了技术原理的深入浅出分析，特别注意将设计原理介绍与学科教育的一些内容建立关联。同时，作者基于自己的亲身经历，用风趣的语言，细致地展现了专家们的思考过程和我国火星探测的自主研发建设历程。
以火星探测器的形状设计为例，这在当时是一个大难题。火星探测器的工作环境十分恶劣、技术跨度巨大、工作模式复杂、资源约束严格。探测器的设计者们一方面大开脑洞提出想法，一方面对每个想法严格验证，严谨试验。他们设计了屋顶方案、折展方案、蝙蝠翅膀方案、太阳毯方案、矩形太阳毯方案……这些方案一个个地又被他们自己否定了。山重水复疑无路，柳暗花明又一村，当最后完全符合要求的四展太阳翼方案终于设计出来的时候，火星车的设计者们兴奋地围在一起讨论火星车像什么，后来，他们一致认为火星车像一只蓝闪蝶。蓝闪蝶是一种热带蝴蝶，蛱蝶科闪蝶属中最大的一个物种，它蓝色的翅膀十分绚丽，属名来自希腊词，是希腊神话中爱与美的女神阿芙洛狄蒂的称号，意味着美丽、美观。可以说，蓝闪蝶，不仅仅外形像火星车，也寄托了航天人对火星车最美好的愿景。
你看，航天人就是如此的浪漫，他们没有抱怨过工作的枯燥与繁琐，却会在其中发现无数的美丽。
书中有一张图诞生在河北怀来清冷的夜里，为了验证着陆平台的悬停、下降、着陆过程，工作到深夜的贾阳在设备下方冲着天空的方向拍摄了189张照片，然后选择其中一部分处理成这样一幅摄影作品，设备间星星的轨迹形成了莫尔斯码TW-1，也就是天问一号的缩写。
《图说火星探测的科学》不仅体现着航天人的浪漫情怀，更体现着航天人融入骨髓的严谨。以火星车的重量为例，火星车上的设备面临零下90摄氏度的低温，怎样让设备不冻坏，又能控制火星车的“体重”呢？火星车的设计者们可以说是使尽了浑身解数，他们1克1克地计较，给火星车进行了严格的“瘦身”。
如果电能充足，可以给每个设备都配上加热器，需要的时候通电加热就可以了，可问题不是那么简单——电能也不富裕。要想获得更多电能，就要继续扩大太阳翼的面积，重量又承担不起。这逼迫着火星车的设计师们要想出更高明的办法。光能转换成电能，效率只有30%。设计师们另辟蹊径，提出光能如果直接转换成热能，效率会高很多。他们在火星车顶部前后安装了两台叫作集热窗的设备，有点像双筒望远镜，它可以把太阳能直接吸收，转换成热能。
你知道聪明的火星车设计师们是怎样给这个集热窗设备“瘦身”的吗？
第一个难题是窗口材料的选择。要求是光能只进不出，换成技术语言就是，集热窗透光口具有太阳光谱能量高透过率、远红外光谱低透过率的特性。设计师们开始寻找合适的材料，最先被关注的是石英玻璃，可见光透过率可达92%以上，而远红外辐射透过率低于5%，从性能看，很适合作为光学窗的材料。但是石英玻璃耐冲击性能较差，针对探测器要经历的力学环境，需要精心设计隔振措施。一轮设计下来，结果不理想。石英玻璃是脆性材料，玻璃的厚度需要达到6毫米，一块玻璃的重量达到3千克。还要考虑铝合金安装框、减振圈，两个集热窗的重量将接近15千克！接着设计师们想到了把石英玻璃换成钢化玻璃。钢化玻璃强度高，韧性好，抗热冲击性能优越，超白钢化玻璃的可见光透过率约91%，厚度可以减小到2毫米，可以实现减重4千克，但还是无法承受！有设计师建议用有机玻璃，密度低，可加工，耐冲击性极好，广泛用于飞机的座舱盖、风挡，以及医疗设备等方面。有机玻璃的可见光透过率可达92%，密度只有玻璃的一半，这样重量又减少了1千克。设计师们脑洞大开，既然有机玻璃可以，那变成一张透明膜是不是也可以。他们抓紧找到国内相关单位，设计、生产了一种厚度仅有几十微米的聚酰亚胺膜，一番测试，其他性能满足要求，尤其是重量，两片膜重量只有不到100克！只是可见光谱段的透过率为90%，没关系，把窗口开大些就可以了。
贾阳和贾思航两位作者在《图说火星探测的科学》这本书的创作过程中也追求严谨，从专业用语、科学数据，到标点符号都字斟句酌。交稿后，两位作者只要有空闲时间，就会对稿件一遍又一遍地仔细研读，对发现的每个小问题都认真对待。在书稿付印的前一刻，还在更新最新的数据。贾阳说他知道出版是遗憾的艺术，但是他想把这个遗憾降到最低，让读者和科学家一起在浪漫和严谨中探索火星。