第2眼丨揭秘“祝融号”火星之旅：工作多久？如何“荒野求生”？开展哪些科研？
文本整理/羊城晚报全媒体采访人员 郑宗敏
“祝融号”火星车顺利发回遥测信号！5月15日8时许 ， 科研团队根据“祝融号”火星车发回遥测信号确认 ， 天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区 ， 我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功 。
当日凌晨1时许 ， 天问一号探测器在停泊轨道实施降轨 ， 机动至火星进入轨道 。 4时许 ， 着陆巡视器与环绕器分离 ， 历经约3小时飞行后 ， 进入火星大气 ， 经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲 ， 成功软着陆于预选着陆区 。 两器分离约30分钟后 ， 环绕器进行升轨 ， 返回停泊轨道 ， 为着陆巡视器提供中继通信 。 后续 ， “祝融号”火星车将依次开展对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测 。
自此 ， 天问一号 ， 成为中国首颗人造火星卫星 。 祝融号 ， 成为中国首个火星巡视器（火星车）！
在中国神话体系中 ， 祝融是为华夏民族传下火种的创世祖神之一 ， 教会了古人学会用火 。 中华文化源远流长 ， 这个充满文化色彩的称号 ， 在全网投票中脱颖而出 ， 成为中国首个火星车的大名 。
天问 ， 问天！祝融 ， 探火！中国航天在用极致的浪漫组合将神话变成现实 。
关于“祝融号”火星车 ， 大家是不是存有许多疑问？本文就带你详细解读五大疑问 ， 全方面了解“祝融号”火星车的火星之旅 。
问题一：“祝融号”火星车能工作多久？
【停泊轨道|第2眼丨揭秘“祝融号”火星之旅：工作多久？如何“荒野求生”？开展哪些科研？】“祝融号”火星车的高度有185公分 ， 重量达到240公斤左右 。 设计寿命为3个火星月 ， 相当于约92个地球日 。 等“祝融”号火星车完成“3个火星月预定时长工作” ， 我国“天问一号”任务的工程学目标将全部实现 。
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不过 ， 过往的大量经验表明 ， 火星车的实际使用寿命往往长于设计寿命 。 美国的第一辆火星车“索杰纳”设计寿命7天 ， 实际工作了3个月；“勇气号”与“机遇号”火星车双子星的设计寿命均为3个月 ， 结果前者工作了近8年 ， 后者甚至工作了15年 ， 直到2018年一场席卷整个火星的沙尘暴令其断电 。
而我国的“玉兔二号”设计寿命3个月 ， 结果它在月球上工作了860多天 。 月球的环境比火星要恶劣得多 ， 不出意外 ， “祝融号”火星车实际使用时间也会远远长于设计时间 。
问题二：“祝融号”火星车怎么获取能量？
“祝融号”火星车依靠太阳能进行工作 。 由于火星距离太阳更远 ， 这里的太阳能密度仅为地球附近的4成左右 ， 对太阳能帆板收集能量的要求极高 。 它使用了4片巨大的由三结砷化镓构成的“蝴蝶型”太阳能电池阵列 ， 确保足够能量供应 。
同时 ， 火星上动辄有大规模的沙尘暴 ， 会对太阳能收集效率产生巨大影响 ， 甚至直接影响火星车工作寿命 。 通过防尘涂层技术 ， “祝融号”火星车表面的抗沙尘能力大幅提高 。 但对于旷日持久的全球沙尘暴 ， 则只能是“我打不起 ， 但躲得起” ， 进入休眠状态 ， 先躲过“风头”再说 。
火星表面空气极其稀薄 ， 保温效应有限 ， 直接导致昼夜温差过大 ， 白天可达20摄氏度、夜晚却能低于零下100摄氏度 ， 这对于不少仪器将是巨大挑战 。 一方面 ， “祝融号”火星车必须在夜晚“熄火”休眠；另一方面 ， 它也采用了纳米级气凝胶和正十一烷集热窗等温控技术 ， 确保安全无虞度过漫漫长夜 。
问题三：“祝融号”火星车如何“荒野求生”？
火星环境是出了名的恶劣 ， 要想完成使命 ， “祝融号”火星车必须足够强大 ， 努力“活下来” 。
火星上随机出现的尖锐砂石会轻易破坏火星车的动力系统 ， 且这些伤害会逐渐累积 ， 对火星车造成巨大威胁 。 例如“勇气号”火星车2009年陷入沙坑 ， 导致轮子出现故障 ， 无法转动 ， 一直被困到任务结束 。 目前正在运转的“好奇号”火星车 ， 可能导致任务终止的最大风险之一就是逐渐残破的轮子 。
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“祝融号”火星车的机身被设计成了可升降的主动悬架结构 ， 能够自由转向 ， 六个轮子均独立驱动 ， 多轮悬空的条件下依然能自由移动 。 在极端地形中 ， “祝融号”火星车还能重新设计轮子驱动方案以实现“蠕动”、“蟹行”和“踮脚”等复杂机械操作 ， 成为一辆不折不扣的“火星六驱越野车” 。
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不过 ， “祝融号”火星车的核心使命是科研 ， 任何机动性能都不如“行车交规”重要 。
首先 ， 严格限速 ， 节约宝贵的太阳能 。 这个240千克的大家伙实际速度仅为厘米/秒级别 ， 连乌龟都跑不过；其次 ， 谨小慎微 ， “走一步 ， 歇两步” ， 经常停下来利用地形相机和避障相机等“眼观八方” ， 确认安全再出发；再次 ， 聚精会神 。 要么认真行驶 ， 要么停车让科学仪器开启工作 ， 绝不“边走边玩”；最后 ， 若发生紧急情况陷入困境后 ， 航天人也会在地球实验室利用火星车的“双胞胎”备份还原真实火星驾驶场景 ， 设计多种解决方案 ， 助其脱困 。
不存在绝对安全的车 ， 只存在绝对安全的交规 。 “行车不规范 ， 亲人两行泪” ， 即使在火星 ， “祝融号”火星车也牢记交规 。
问题四：“祝融号”火星车怎么与地球通信？
地火距离对于通信是个巨大的挑战 ， 信号衰减情况随着距离增加迅速提升 。 一方面 ， 在地球上需要建立巨大的深空通信天线网 ， 以尽可能捕捉来自天问一号的微弱信号；另一方面 ， 天问一号环绕器也要携带直径达2.5米的高增益定向天线 ， 尽力提高通信能力 ， 与地球保持稳定联系 。
然而 ， “祝融号”火星车是不可能像天问一号环绕器一样携带巨大的天线并提供足够能量供应 。 同时 ， 它还携带了6大核心科学仪器和工程相机等辅助系统 ， 数据量巨大 ， 对通信资源要求很高 。 “祝融号”火星车还时刻跟随火星自转 ， 与地球沟通极为困难 。
因此 ， “祝融号”火星车通过天问一号环绕器实现信号中继 。 在正常运转时将所有宝贵数据储存起来 ， 天问一号环绕器飞临“祝融号”火星车上空时 ， “祝融号”火星车将信号上传并接收新指令 ， 全程由环绕器直连地球 。
问题五：“祝融号”火星车能开展哪些科研？
千言万语不如一张图 ， “拍照”是“祝融号”火星车最核心的科学研究目标之一 。 例如 ， 可拍摄火星高清广角大图的导航地形相机 ， 能为我们带来各种火星“华丽的荒凉”场景 。 通过多光谱相机 ， “祝融号”火星车可以详细分析地形、地貌和地质的具体情况 ， 岩石土壤光谱数据也能助力科学家研究火星表面演化的历史和未来 。
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表面成分探测也是“祝融号”火星车的科研目标之一 。 微成像相机能将砂石放大到头发丝般粗细的微米级 ， 激光诱导击穿光谱仪更能在数米外用激光把岩石成分烧蚀成等离子体 ， 同时利用有“远程显微镜”之称的短波红外光谱显微成像仪进行分析 ， 大幅增加了“祝融号”火星车的科研范围和能力 。
此外 ， 表层探测雷达能一探火星土壤和浅层地下的结构 ， 找寻那里暗含的奥秘；火星没有全球覆盖的稳定磁场 ， 但表面却存在支离破碎的偶极磁场 ， 暗含着火星历史演化的痕迹 ， 这些需要表面磁场探测仪大展身手；而气象测量仪 ， 则能为“祝融号”火星车提供各种气象条件 ， 了解这颗神秘行星的“呼吸脉络” 。
上述这些“祝融号”火星车携带的装备都将在未来90个火星日内派上用场 ， 为我们不断地回传火星上珍贵的数据和照片 ， 帮助我们全方位了解火星 。
让我们一起拭目以待吧！(更多新闻资讯 ， 请关注羊城派 pai.ycwb.com)
来源 | 羊城晚报·羊城派综合新华社、央视新闻、人民日报、中国新闻网、科普中国等
责编 | 吕航
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