“祝融”巡荧解惑 | 火星车驶离着陆平台实拍视频

Original 赵聪 中国航天报 Today

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火星车驶离着陆平台（实拍）



109.9°E，25.1°N。



在数字地图上输入这个坐标，位置很快锁定到广西桂林。“桂林山水甲天下”，古人心中最美的地方。而在3.2亿公里外的红色星球，这是天问一号着陆的坐标——乌托邦平原南部。



5月22日，着陆火星七天后，祝融号火星车从悬梯缓慢驶下，在这里轧下了第一道中国印。



同样的坐标，与地球山美水美的景象大不相同，“祝融”在火星看到的是沙砾遍布、满目荒凉。这恰恰是“祝融”的使命。

 

祝融号，中国人的浪漫



地球与火星几乎同时诞生，如今地球上充满生机，火星却近乎死去。人们把火星探测称为探索“另一个地球的生与死”。祝融号降落的火星乌托邦平原，据科学家推测，曾是一片汪洋，探测这里有助于人类了解火星的演化，摸清火星上有无生命痕迹。



5月15日，着陆火星后，“祝融”没有立即开工探测。它先把桅杆立起来，相机能用了，便有了眼睛，能分辨周边的障碍；把太阳翼展开，尽可能多而快地获取能源，因为能源是维系生命的养料；再把天线展开，建立通信链路后，第一时间给地球报了声平安。






祝融号火星车像一只展翅的硕大蝴蝶。航天科技集团五院天问一号探测器副总设计师贾阳很喜欢这个外形，还特意从网上购买了一只相似度很高的蓝色蝴蝶标本，摆在了办公桌上。但最开始，火星车并没有被设计成蝴蝶的模样。



贾阳说，最初设计的火星车，太阳翼斜架在顶上，像一栋小房子，但这种设计对太阳翼强度要求太大，遂作罢。经过几次迭代，设计师不断变换太阳翼的展开方式，最终想出了向斜后方展开太阳翼的方案。



设计师有意识地将探测设备放在前方，“蝴蝶”便有了“复眼”，两根天线也放在前边，“蝴蝶”便有了“触角”，四片太阳翼展开后，火星车有了翅膀，恰似一只漂亮的蓝色大蝴蝶。






浪漫的设计师还花了不少心思，将中国传统文化附着在火星车，带上了红色星球。最引人注目的是九叠篆的“火”字车标。



运往文昌前，一次试验结束后，设计师望着火星车空荡荡的桅杆，觉着少了点什么，于是决定仿照汽车，给火星车设计一个车标。车标是一个“火”字，源于800年前北方大金国的印章“恒术火仓之记”，出土于黑龙江海林县，以九叠篆的手法将字形抽象处理后，放在了火星车的桅杆上。







此去蓬莱三百日，冰轮如镜火如萤。中国第一辆火星车，正是带着中国人特有的浪漫，带着古今人们对火星的好奇，踏上了这颗“荧荧火光，离离乱惑”的“萤惑星”。

 

祝融巡火闯三关



“祝融”在火星上走走停停，行进速度并不快，甚至比走路还慢，预计3天才走一步，大概10米距离。因为它每走一步，要传图像、探测、分析，再移动。在火昼时完成火面感知、探测、移动等工作，在火夜时进入待机状态。贾阳介绍，火星车大概维持在三天一个周期的工作强度，设计寿命为3个火星月，相当于地球上的92天。




动画效果，非真实火星移动速度



贾阳说，火星车走得慢，是因为我国对火星环境的认知有限，所以专门为火星车设计了相对保守的工作模式。他透露，任务后期视火星车的工作状态，不排除会让它“走得更快一点”。



祝融号携带了多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪和地形相机等共6台科学载荷。要想带着这些设备顺利在火星巡视探测，在陌生的星球开疆拓土——关键这个陌生地带还遍布风险，祝融号火星车要足够强大。




祝融号火星车模拟图像



贾阳介绍，在火星巡视探测有“三难”。



一是远，地火距离3.2亿公里，信号来回一趟需要近40分钟，这么远的距离，地面没法实时控制火星车；二是冷，火星夜晚会降到零下130度，火星上二氧化碳都冷凝成干冰遍布在陨石坑，对火星车生存构成巨大挑战；三是大气，火星经常刮起尘暴，历史上苏联的“火星-3”刚着陆火星便在沙尘中殒命，同时，尘暴也会影响火星车电池发电，切断能源供给。



困难没有挡住中国探索火星的步伐，这些难题被火星车设计团队一一攻克。



针对距离遥远而带来的通信困难，设计师努力让火星车“求己不求人”。火星车一旦发现问题，可在极短时间内自诊并完成故障的自我修复。倘若遇到更大的困难，火星车可自主进入安全模式，再交给地面处理。



设计师们也将火星车称为“火星移动智能体”。“跟其他火星车相比，我国的火星车自主能力有了巨大的提升。”贾阳表示，假如火星车在火星巡视探测时出现故障，它的首选求助对象不是相隔遥远的地球人，而是它自己。



火星表面岩石分布密度大约是月球表面的2倍，但由于侵蚀导致表层土壤坚硬、里层土壤松软，美国的“勇气号”“机遇号”都曾因此下陷，对此，研制团队为火星车设计了主动悬架功能。



它像越野车一样可升降底盘，但功能更强大。祝融号车体可以在0～600毫米的高度区间内自主升降，这在全世界所有的火星车中是独一份。航天科技集团五院天问一号探测器火星车总体主任设计师陈百超介绍，配备主动悬架的火星车，具有蠕动、抬轮、车体升降等多种运动模式，不再担心车轮下陷，甚至发生单个车轮故障也不会丧失移动能力。



针对“冷”的难题，设计团队给火星车做足了保温。火星车表面铺设了大面积的纳米气凝胶板，这种新型材料保温性能极佳，可确保火星车在-130℃的环境正常工作，同时这种材料轻到可放置在花朵上方而不损伤花瓣，因此不会给火星车带来负担。



除了保温，火星车还要“聚能”。为了高效率收集太阳能量，火星车设计了两个像望远镜一样的窗口，尽可能地将阳光的能量吸收到车的内部。此外，蝶翼样的太阳能电池板，是针对火星专门定制，能适应火星上的光谱，达到极高的转化效率，帮火星车荒野求生。




在火星拍摄的火星车实物图



最难以捉摸的是尘暴。火星表面会刮起大风，并伴有沙尘，若沙尘覆盖火星车，将影响其能源获取、热量传导，让“关节”不再灵活，让光学载荷“蒙尘”。此前，美国机遇号和勇气号都曾因太阳能板被沙尘覆盖而失去动力。



为解决尘暴问题，设计师想了多种办法。最先想到的是吹气，将掉落的灰尘吹走；或者给火星车贴膜，这些膜可以卷起，从而将灰尘掀掉。综合评估后，设计师从另外角度切入——在材料上做文章。他们在火星车上使用了一种新材料，这种材料的表面不易沾染灰尘，即便沾上了灰尘，也可通过振动将其抖落。



贾阳介绍，我国的火星车太阳能板采用表面工程技术除尘法，这个技术的关键是超疏基结构，身边的汽车防尘玻璃、防尘贴膜等都是这个原理。类似下雨时荷叶上的水珠，遇风可以很容易滚落。



在火星上，祝融号可根据沙尘天气的轻重程度自主转入到最小工作模式、休眠模式或唤醒模式。这样，我国首辆火星车便具备了一定的沙尘暴防御能力。

 

“祝融”一小步，“天问”一大步



人类曾经47次探访火星，21次尝试着陆火星，最终成功的仅有10次，连一半都不到。当前，尚能在红色星球表面行走的火星车仅有3辆，分别是2012年登陆的美国好奇号，今年登陆的美国毅力号和中国祝融号。



祝融号在火星驶出的一小步，是持续300多天的天问一号任务的一大步。因为按照规划，天问一号任务计划通过一次发射，完成环绕、着陆和巡视探测三个目标。现在，祝融号实现了最后一步——火星巡视探测。天问一号任务完美取得了预定的工程成果。




天问一号探测器的深空“自拍”



天问一号任务是在探月工程的基础上起步的，从立项到研制经历了一段艰辛的历程，整个过程异常紧张。从2010年开始启动第一轮论证到探测器发射，经历了10年的时间。在不到4年的时间，探测器完成研制、验证、出厂，创造了中国航天同类型号的研制记录。



人民科学家叶培建院士对整个火星探测器研制团队曾给予高度评价：“我们起步晚了，但三个目标一次任务完成，起点很高；我们的成果来得慢了，但从工程立项到产品出厂这么快，是你们的光荣和自豪，更要珍惜这次机会。”



胜利的欣喜之外，天问一号探测器研制团队非常客观地看待这次成功。航天科技集团五院天问一号探测器进入舱总体主任设计师董捷曾登上青年演说家舞台，谈及中美火星探测技术对比。他说了八个字：正视差距，自主创新。



董捷举例，在火星方案研制初期，我国也开展了搭载火星飞机的论证。团队联合国内有实力的高校开展了对各种机型（包括固定翼、旋翼）的分析，最后得到的结论是由于火星大气密度过低，基于现有的国内技术水平，采用旋翼难以实现在火星表面起飞，其它翼型也存在种种不足。



“看到别人的成功，也使我们清醒地认识到技术上存在的差距，更激发了我们不断前进、自主创新的动力。”董捷说。



可以说，中国火星探测秉承了中国航天“仰望星空、脚踏实地”的一贯作风。



叶培建曾说，航天事业需要我们做一些“冒险的事”，去开拓，去创新。当前，我国已经形成深空探测的未来任务规划，小天体探测、火星取样返回、木星及更远行星探测论证正在按计划逐步推进。中国航天的未来是星辰大海，值得我们去冒险。



中国人丈量太空的脚步会比3.2亿公里更远。







文/中国航天报记者 赵聪