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电源|揭秘！应对火星探测任务，“祝融号”准备了“十八般武艺”

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揭秘！应对火星探测任务 ， “祝融号”准备了“十八般武艺”
5月22日国家航天局发布消息 ， 根据遥测数据判断 ， 当天10时40分 ， “祝融号”火星车已安全驶离着陆平台 ， 到达火星表面 ， 开始巡视探测 。 同时 ， 中国航天科技集团八院抓总研制的环绕器将运行在中继轨道 ， 为火星车巡视探测提供稳定的中继通信 ， 兼顾开展环绕探测 。

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天问一号任务的科学目标是研究火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构等 。 中国航天科技集团八院811所承担了火星车电源产品的研制任务 。
同样作为月球车电源产品的研制单位 ， 针对火星和月球两种截然不同的环境 ， 火星车和月球车电源产品有哪些区别呢？

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不同于月球 ， 火星上有大气 ， 当大气运动引起的巨大沙尘暴让火星车受到沙尘的遮盖时 ， 接收到的太阳光能量急剧下降 ， 这时就必须为火星车设计一个“休眠”模式 ， 耐心等待沙尘暴过去 。 其次 ， 火星上有明显的四季变化 ， 当进入火星深秋后 ， 光照强度会持续减弱 ， 而火星太阳辐照强度仅为月球表面的20% ， 这时 ， 火星车需要进入长期的“冬眠” ， 直至第二年的春季到来 。
同时 ， 考虑到火星气候的复杂性 ， 火昼时锂离子蓄电池可能会面临联合供电进而导致充电量不足的情况 ， 研制人员也为火夜制定了一份休眠唤醒“备份”计划：在火昼转火夜前 ， 对锂离子蓄电池的剩余电量进行判读 ， 当蓄电池的剩余电量不足以支撑火星车度过火夜时 ， 火星车转入休眠状态 。 如何及时并准确地判断锂离子蓄电池的剩余容量就显得至关重要 。

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锂离子蓄电池设计师王晓锐介绍 ， 目前航天器在轨的锂离子蓄电池容量判读方法一般有两种 ， 安时计和查表法 ， “但由于火星光强不足导致蓄电池火昼时不能充满电 ， 安时计无法进行满充校准 ， 累积误差会越来越大；且地火来回通信至少需要30分钟 ， 导致查表法不能及时准确判断蓄电池剩余容量 。 为此 ， 我们采用了将安时计和查表法结合使用的方式 。 ”
【电源|揭秘！应对火星探测任务，“祝融号”准备了“十八般武艺”】电源控制器设计师陈达兴介绍 ， 与月球车不同的是 ， 火星车锂离子蓄电池不具备保温设备 ， 若没有从-90℃的最低温度恢复到-15℃的工作温度 ， 即使唤醒了 ， 也无法正常开展工作 。 休眠的时候整器会断电 ， 至于什么时候再唤醒 ， 我们需要先参考锂离子蓄电池的温度 。
研制人员给锂离子蓄电池增加了温度继电器 ， 用来判断锂离子蓄电池的温度 。 当太阳电池重新开始工作后 ， 优先给锂离子蓄电池加热 ， 待加到-15℃左右 ， 温度继电器自动闭合 ， 火星车真正唤醒 。
深空探测任务中 ， 航天器唯一的能量来源 ， 就是太阳的能量 。 在火星车上 ， 有四块“特别订制”的太阳能电池阵 ， 为了顺利完成此次火星车的预定任务 ， 它们经历了一段不平凡的研制历程 。
如果说月球巨大的昼夜温差是研制人员面临的最大难题 ， 那火星上的未知光谱更让811所研制人员头疼 。
通过查阅大量的文献资料、对火星光谱仿真、与国际的相关资料比对分析 ， 研制人员确定了火星光谱条件 ， 奠定了研制工作的基础 。
火星表面的光谱与地球轨道、月球轨道的光谱不同 ， 这就意味着火星车太阳电池的“与众不同” 。 研制人员对太阳电池进行了重新设计 ， 根据火星的光谱作了相应的调整和优化 。 但受火星车自身体积重量限制 ， 以及火星表面光照条件、火星尘埃等自然环境条件影响 ， 太阳电池阵的发电能力被大大削弱 ， 该如何解决这一问题？
研制人员创新性地在火星探测任务上首次使用了最大功率跟踪技术 ， 这也是该技术在国内航天领域的首次在轨应用 ， 陈达兴告知：“跟踪精度高达98% ， 相比传统电路 ， 提高了太阳电池20%的利用效率 ， 既解决了火星车能源紧张问题 ， 也在减少太阳电池阵面积的同时减轻了电源产品的重量 。 ”
火星尘埃在太阳电池表面的堆积也会极大影响火星车的能量获取效率 。 研制人员为此开展了关键技术攻关 ， 通过表面处理和结构设计在太阳电池玻璃盖片表面做了特殊涂层 ， “表面处理在于降低火星尘埃和太阳电池的相互吸引力 ， 结构设计在于减少两者的接触面积 ， 这些都通过了验证 ， 满足了要求 。 ”王文强说 。
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