十年前的秋天，俄罗斯“福布斯-土壤”火星探测器发射失败，随之失联的还有搭载其上的中国火星探测计划第一颗探测器——萤火一号。

“很难过。”和所有参与萤火一号载荷研制的科研人员一样，中国科学院国家空间科学中心（以下简称空间中心）研究员张爱兵心里不甘却又无奈。萤火一号上的等离子体探测包，就来自他们的团队。

2015年9月，这支团队重整旗鼓，承担起中国第一次自主火星探测任务天问一号的载荷任务，负责研制火星离子与中性粒子分析仪。

他们从曾经跌倒的地方爬起，拂去尘土，再度向火星冲刺。

起点：“你们太有野心了”

天问一号之所以要搭载这个载荷，为的是通过测量火星空间环境中的离子和中性粒子这两种物质，回答太阳风与火星之间是怎么相互作用的，火星大气逃逸机制是什么样的。同时，通过太阳风离子探测，研究太阳风在行星际的传播特性。

由于离子带电，中性粒子不带电，科学家测量它们时通常会使用两台仪器。但对于要向火星远航的天问一号来说，探测器上的每一寸面积都倍显珍贵，每一斤负重都尤为关键。张爱兵开始想，有没有可能合二为一？

“如果做成两台仪器，当然会容易些，但重量肯定就超了。所以，我们要设计一个全新的方案。”张爱兵说。

就在他们讨论设计思路时，恰好来访的德国马普所高级研究员、粒子探测载荷研制专家Berndt Klecker得知了他们的想法。“这个想法太有野心了。”面对雄心勃勃的中国同行，Klecker直言。

Klecker的话不是没有道理，但这支曾参与过嫦娥一号、嫦娥二号、萤火一号、风云卫星类似载荷项目的团队，对自己有信心。

2015年9月，带着“二合一”的方案，张爱兵参加了天问一号的载荷遴选答辩。经过激烈角逐，方案获得评审专家青睐。遴选胜出后，张爱兵和团队成员孔令高、郑香脂足足兴奋了一整晚，他们曾经一起参与萤火一号项目，又一起亲历失败的伤痛，现在，是重整旗鼓、再度出征的时候了。

研制：“扑面而来的压力”

喜悦和兴奋只停留了那一晚，“紧随的是扑面而来的压力。”郑香脂回忆。

“二合一”的方案前所未有，实现难度可想而知。

对于负责传感器设计的孔令高来说，难度在于设计“开关”和“通道”：“我们要设计两个开关和两个通道，在1秒钟里，前半秒要把离子的通道打开，中性粒子的通道关闭，测量离子；后半秒要把中性粒子的通道打开，离子的通道关闭。而且还要让它们最大限度共用一部分通道，从而实现小型化。这是以前从没做过的。”

对于负责软件设计的郑香脂来说，难度也是以往项目难以比拟的：“我们提出了10种探测模式，每种模式涉及参数非常多。同时，由于火星离地球太远，数据的上传下达时有较大限制，一方面，地球指令发出后，卫星反应所需时间长，因此，我们要让仪器尽可能智能化，不借助地面干预，随机应变，另一方面，传回的数据量有限，我们要保证传回的有用信息不损失。”

对于负责电子学设计的田峥来说，挑战同样大：“为了既减少电荷灵敏放大器的使用，又保证测量精度，我们用4片芯片替代了原来需要的32片芯片。为了把前端的传感器做到小型化，我们对后端的电子学高压提出了苛刻的要求，设备电子学内部最高输出电压高达15000伏，这在我们以往载荷中不曾有过。”

波折：“心一直在起起落落”

“新技术从不成熟到成熟，不是一帆风顺的。”田峥说。

团队的核心成员有十多名，都正值三四十岁的科研盛产期，也都是成熟且经验丰富的“老手”。但即便如此，他们还是经历了大大小小的波折。

2017年10月，载荷的原理样机研制完成，没想到，做测试时样机测不到任何有效数据。原理似乎没走通，一切可能都要推倒重来。团队成员一个个焦头烂额。“哪怕是测到的数值不准确，也比什么都测不到要好，至少那样我们能知道排查哪方面的问题。”孔令高说。无奈之下，他们只能没日没夜地挨个排查每一个环节。幸运的是，一周后，问题找到了，进度很快赶了上来。

“整个研制过程中，大家心一直是起起落落。”郑香脂感慨。

老天时不时会跟他们开个玩笑。2019年初，载荷到了向着成功临门一脚——做标定的时候，揪心的事又出现了。

对于卫星载荷来说，地面标定工作非常重要，没有经过标定的探测器，就像是没有校准的称，无法判断探测到的数值是否准确。由于国内没有中性粒子标定设备，载荷正样做出来之后，团队成员带着它去了瑞士伯尔尼大学。标定时，载荷被放在一个可以产生中性粒子的“大罐子”里，团队成员通过电脑屏幕监测载荷的工作状态。很快他们发现，氧原子的探测数值跟“罐子”里实际给的量不一致。

气氛瞬间紧张起来。参数不对，说明仪器可能还存在缺陷、需要返修，而时间已经不多了。如果赶不上卫星进度，会有两个后果，一是载荷要被放弃，二是探测计划要整体后延……来不及再往下想，张爱兵和团队成员抓紧时间讨论。可是，大家怎么都找不到问题根源。于是，他们又去跟定标工作人员沟通，反复几次，最终才发现，原来是工作人员向“大罐子”注入粒子源时，将氧原子误操作成了氧分子。

直到2020年10月31日火星离子与中性粒子分析仪正常开机探测，看着弯弯曲曲的数据曲线一点点从遥远的太空传回地面，大家起伏不断的心才终于彻底放下。

收获：“你们用几年走了我们要10年才能走完的路”

“现在仪器工作非常正常，数据非常不错。”张爱兵难掩兴奋。

看到中国同行在该类载荷技术方面的巨大进步，瑞典空间物理所所长Stas Barabash惊叹：“你们用几年走了我们要10年才能走完的路。”

曾认为中国同行“有野心”的Klecker不仅为这支团队高兴，还有意愿参与之后的数据研究工作。

回顾这些年走过的路，大家不约而同地用四个字形容他们成功的秘诀——团队协作。这个词的背后，是张爱兵陪着团队成员熬过的一个个深夜，是项目遇到困难时彼此间的鼓劲和安慰，是大家为了攻关难题而一起度过的每一个节假日，是家人在背后的每一分支持和自豪。

搭载着天问一号，载荷团队的青春在遥远的火星绽放。