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        祝融號:靠什么巡視探測火星

        2021-09-13 08:34:14
        文萃報(bào)·周二版 2021年33期
        關(guān)鍵詞:祝融火星車沙塵

        截至今年7月30日,祝融號火星車在火星表面已工作75個(gè)火星日,當(dāng)天完成了對第二處沙丘地貌的科學(xué)探測。后續(xù),它會利用表面成分探測儀和多光譜相機(jī)等科學(xué)載荷,對更多目標(biāo)開展詳細(xì)探測。

        可以說,人們已了解到“融融”的可愛與敬業(yè)。那么,它有哪些技術(shù)特色呢?讓我們一探究竟。

        主動懸架啥地形都不怕

        火星表面地形復(fù)雜,既有陡坡、大石塊,也有松軟的沙地。美國火星車在工作過程中,曾遇到難以翻越的沙土質(zhì)陡坡,也曾陷入沙土中無法移動。祝融號火星車采用了主動懸架移動系統(tǒng),其目的就是使火星車在復(fù)雜地形條件下,具備較強(qiáng)的通過能力。

        在平坦的硬路面上運(yùn)動時(shí),火星車保持主動懸架機(jī)構(gòu)的主動關(guān)節(jié)鎖定,此時(shí)懸架退化為被動懸架。遇到石塊障礙比較高的情況,可利用主動懸架將車體抬高。在難以通過的軟土沙地,特別是車輪發(fā)生較大沉陷無法順利通過時(shí),可采用尺蠖運(yùn)動方式脫困。

        靠集熱窗實(shí)現(xiàn)“保暖”

        火星表面溫度偏低,在火星車頂部,安裝了像雙筒望遠(yuǎn)鏡一樣的設(shè)備,叫作集熱窗。窗口有一層薄膜,可見光能順利透過,車體發(fā)出的遠(yuǎn)紅外線卻無法透出,從而起到保溫效果。

        陽光透過集熱窗后,能量被一種叫作正十一烷的物質(zhì)通過相變方式儲存。火星白天溫度升高,這種物質(zhì)吸熱融化;到了晚上溫度下降時(shí),這種物質(zhì)會在凝固的過程中釋放熱能。能量的轉(zhuǎn)換方式變成了“光能-熱能-相變能-熱能”,效率可達(dá)到80%以上。

        當(dāng)前,火星上正值盛夏,祝融號火星車會“感覺”稍稍有點(diǎn)熱。不過,等火星到了秋季之后,收集熱能的這個(gè)本領(lǐng)就會顯示出效用了。

        太陽能電池片能除塵

        在火星表面工作,不可避免地會受到火星塵的影響。最直接的影響,就是導(dǎo)致太陽能電池輸出功率下降。因?yàn)榛鹦擒嚬ぷ魉枰碾娔芏紒碜蕴柲?,如果電能不足,火星車只能在火星表面“睡覺”。

        在夏季,我們觀察荷葉上的水珠,可以發(fā)現(xiàn),荷葉與水間并沒發(fā)生浸潤,荷葉隨風(fēng)搖曳的過程中,水珠很容易滾落。借鑒自然界荷葉的疏水原理,科研人員在電池蓋片上增加了超疏基微觀結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的尺寸比火星塵顆粒的尺寸還要小,當(dāng)火星塵與之接觸時(shí),就相當(dāng)于與一個(gè)納米級的“針床”接觸,而不是與一個(gè)平面接觸。這大大減小了火星塵顆粒與電池片之間的接觸面積,從而減弱了它們之間的附著力,使火星塵不易沉積,即便沉積后也更容易移除。

        火星車采用了超疏基電池蓋片,其中兩個(gè)太陽翼還可調(diào)整到豎直狀態(tài),便于火星塵滑落。

        超疏基微觀結(jié)構(gòu)的制備方法有很多種,火星車上采用的是濕化學(xué)腐蝕法。測試發(fā)現(xiàn),改進(jìn)后的太陽能電池片,除塵效果達(dá)到了80%以上,特別是對粒徑75~125微米范圍內(nèi)的塵埃顆粒,除塵效果可達(dá)95%。

        自己決定“睡覺”“起床”時(shí)間

        火星表面也會有局部沙塵天氣,嚴(yán)重時(shí)甚至蔓延到火星的大部分地區(qū),成為全球性沙塵暴。美國的機(jī)遇號火星車在火星表面工作了15年,就是因?yàn)橐淮螄?yán)重的沙塵天氣而中斷了工作。

        祝融號火星車如何應(yīng)對這樣的沙塵天氣呢?研制者們?yōu)槠湓O(shè)計(jì)了自主休眠喚醒功能。就是說,火星車會根據(jù)環(huán)境變化,自己決定何時(shí)“睡覺”何時(shí)“起床”。

        在火星表面,當(dāng)風(fēng)速逐漸升高,出現(xiàn)沙塵天氣時(shí),火星車首先感覺到的是太陽能電池板輸出的電能有些不夠。每當(dāng)黃昏時(shí),電池電量都應(yīng)該是滿滿的,“今天怎么這么少?”火星車趕緊計(jì)算明天工作需要多少電能。如果結(jié)論是“差一點(diǎn)”,那么火星車就會減少工作的設(shè)備,通過“過緊日子”的方式等到第二天;如果結(jié)論是“差很多,不夠今天晚上用的”,那么火星車就會立即休眠,全系統(tǒng)斷電。

        喚醒有兩個(gè)必備條件:一個(gè)是等到沙塵天氣過去,陽光越來越強(qiáng),大氣變得澄凈、透明,火星車太陽翼的發(fā)電量可維持正常工作;另一個(gè)是火星車關(guān)鍵設(shè)備的溫度符合工作要求,比如蓄電池可正常充電了。等條件都滿足了,不需要地面控制,火星車會自己“蘇醒”,繼續(xù)工作。

        (摘自《解放軍報(bào)》)

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