水和大氣一直是人類探測火星的主題。在太陽風(fēng)的作用下，火星大氣以離子和中性粒子的形式不斷逃逸，這也是造成火星水和大氣演化的重要原因。太陽風(fēng)是如何控制火星大氣逃逸的，以及準(zhǔn)確的逃逸率是多少，這些都是研究火星大氣逃逸的關(guān)鍵問題，要解決這些問題需要掌握火星逃逸離子和中性粒子的能量、通量、方向和成分等信息。  

　　在我國首次自主火星探測器“天問一號(hào)”環(huán)繞器上配置了由中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研制的火星離子與中性粒子分析儀，對(duì)火星空間環(huán)境中的離子和中性粒子參數(shù)進(jìn)行就位探測，研究火星大氣逃逸機(jī)制、太陽風(fēng)與火星的相互作用。此外，在探測器飛向火星階段，該載荷還將對(duì)太陽風(fēng)離子進(jìn)行探測，研究太陽風(fēng)在行星際的傳播特性。  

　　要對(duì)離子和中性粒子兩種粒子進(jìn)行探測，以往國際探測任務(wù)采用兩臺(tái)載荷實(shí)現(xiàn)，火星離子與中性粒子分析儀采用了創(chuàng)新的離子和中性粒子分時(shí)共享傳感器的設(shè)計(jì)方案，在國際上首次將離子和中性粒子通過同一個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)探測，既能滿足性能指標(biāo)要求、又實(shí)現(xiàn)了載荷的小型化，為探測器節(jié)省了寶貴的重量資源。  

　　該載荷進(jìn)行的中性粒子探測為國內(nèi)首次開展，研制團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)和研制了帶電粒子抑制、離子透鏡、離子能量和成分分析等部件，結(jié)合國際合作伙伴的電離部件，在中性粒子電離探測技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了零的突破，填補(bǔ)了國內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。  由于探測參數(shù)的復(fù)雜性和未知性，該載荷設(shè)計(jì)了10種探測模式，并且可以根據(jù)科學(xué)探測需求重新定義并選擇新的探測模式，工作方式極為靈活，為深入開展科學(xué)研究提供更為精準(zhǔn)的探測數(shù)據(jù)。  

　　在載荷研制階段，火星離子與中性粒子分析儀在中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心和瑞士伯爾尼大學(xué)開展了聯(lián)合地面定標(biāo)，定標(biāo)結(jié)果表明，載荷的綜合性能指標(biāo)優(yōu)于任務(wù)要求，并達(dá)到了國際同類載荷的先進(jìn)水平，有望在科學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)方面取得突破。研制過程中，開展了深入的國內(nèi)和國際合作，參研單位包括中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、瑞士伯爾尼大學(xué)。  

      （供稿：探測室）

　　圖一：離子與中性粒子分析儀  

　　圖二：離子與中性粒子分析儀在軌探測示意圖