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        “祝融”探“火”

        2021-09-16 10:55:09鄭永春
        知識就是力量 2021年8期
        關(guān)鍵詞:祝融火星車組合體

        鄭永春

        歷經(jīng)驚險火星我來了!

        2020年7月23日12時41分,中國在海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射了天問一號探測器,經(jīng)過5次軌道修正,于2021年2月10日抵達火星,被火星的引力捕獲,成為火星的人造衛(wèi)星。開始對火星表面進行遙感探測。天問一號包括環(huán)繞器(也叫軌道器)與著陸巡視組合體(簡稱著巡組合體)兩部分。其中,著巡組合體中的巡視器——火星車,又是整個火星探測計劃的焦點,航天人以中國古代神話中掌管火種的神仙的名字,將其命名為祝融號。

        2021年5月15日早晨,環(huán)繞器與著巡組合體分離。分離后,環(huán)繞器抬升軌道高度,繼續(xù)環(huán)繞火星,通過7套科學儀器對火星表面進行遙感探測。另一方面,它還是地球上的科學家與火星車進行通信的中繼衛(wèi)星,火星車獲得的探測數(shù)據(jù)也要通過它才能傳回地球。著巡組合體剛接觸到火星大氣層時,速度高達每小時2萬千米,在短短的9分鐘內(nèi),減速到0。

        天問一號包括環(huán)繞器與著陸巡視組合體兩部分(圖片來源/國家航天局)

        從接觸火星大氣,到登陸火星表面,全程只有短短的9分鐘,但祝融號著陸時地球到火星的距離達3億多千米,地面發(fā)出的遙控指令以光速傳播,也要17分鐘后才能抵達火星。這意味著,著巡組合體只能自主判斷,想盡各種辦法實現(xiàn)剎車減速,闖過這道鬼門關(guān)。如果減速不夠,就會墜毀在火星表面。歷史上,蘇聯(lián)數(shù)次、歐洲兩次登陸火星失敗,都發(fā)生在這一階段,所以,著陸是所有探火任務中難度系數(shù)最高的。

        祝融號成功登火,讓中國成為世界上第二個成功登陸火星的國家,值得我們每一個中國人感到驕傲和自豪。

        因“火”制宜,航天工程師的精巧設計

        祝融號火星車重240千克,完全展開時長2.6米、寬3米、高1.85米。這輛由中國航天人自主研發(fā)的火星車,張開四片太陽能電池翼時,就像二一只翩翩起舞的蝴蝶。這是設計師在設計火星車時,看到了一個藍色蝴蝶標本受到的啟發(fā)。

        為了避免“陷車”和“托底”,祝融號采用了主動懸架技術(shù)?;鹦潜砻娴匦螐碗s,既有容易陷車、難以翻越的沙土,還有容易刮擦底盤的石塊,通過中國自主研發(fā)的主動懸架技術(shù),祝融號火星車可以根據(jù)實時路況,將懸架的形態(tài)、剛度和阻尼調(diào)整到合適的狀態(tài),主動控制車身的高度和角度。遇到障礙時,抬起車輪,調(diào)整整車的重心,防止車輪下陷,避免底盤被石塊卡住,順利越過障礙物,大大提升脫困能力。

        為了適應不同的路況條件,祝融號采用了多種行走方式。它既能沿著直線走,原地轉(zhuǎn)向,邊走邊調(diào)整方向,還能像蟲子一樣蠕動著走,像螃蟹一樣橫行。這樣一來,無論遇到什么樣的地形,它都能找到適當?shù)男凶叻绞健?/p>

        由于太陽光照到地球上需要8分鐘,照到火星上需要10分鐘,火星離太陽更遙遠,相同條件下的太陽輻射強度只有地球表面的30%左右。為了得到足夠的動力,祝融號配備了4塊太陽能電池翼,其中2塊還可以根據(jù)光照方向調(diào)整角度,以最佳入射角吸收太陽光,確?;鹦擒囉谐渥愕哪茉?。此外,祝融號走得很慢,巡航時的行駛速度僅為每小時40米,可以用龜速來比喻。遇到惡劣天氣或光照不足時,它還會主動休息,原地避險。正是這一系列因“火”制宜的貼心設計,讓祝融號在火星上走得安全,走得放心。

        “地質(zhì)學家”祝融號的科考之旅

        祝融號要巡視的地方,位于火星上最大的盆地——直徑達3300千米的烏托邦平原。

        祝融號不僅是一輛車,更是一個機器人地質(zhì)學家,它攜帶了6種科學儀器。

        負責識別路況的是2臺導航與地形相機,它們安裝在火星車桅桿的頂端,就像人的雙眼,給火星車提供導航支持。通過從不同角度看同一個目標,形成物體的三維影像。我們看到的具有震撼效果的火星照片,就來自它們的貢獻。

        火星表面不同的巖石和礦物,含有不同的物質(zhì)。負責分析火星表面物質(zhì)成分的有兩臺儀器。其中一臺是多光譜相機,安裝在桅桿頂部,通過獲取物體在多個波段的反射光譜,就像識別人的指紋一樣,分析

        “著巡合影”圖?;鹦擒囆旭傊林懫脚_南向約10米處,釋放安裝在車底部的分離相機,之后火星車退至著陸平臺附近,分離相機拍攝了火星車移動過程和火星車與著陸平臺的合影(圖片來源/國家航天局)出不同的物質(zhì)成分。

        另一臺是火星表面成分探測儀,由激光誘導擊穿光譜儀和短波紅外光譜儀組合而成。短波紅外光譜儀與多光譜相機的探測原理相似。激光誘導擊穿光譜儀像一根激光筆,向目標發(fā)射一束高能激光脈沖,巖石表面被燒蝕后,激發(fā)出的等離子體在冷卻過程中發(fā)出獨特的光譜。通過光譜測量,可以遠程分析物質(zhì)的元素組成,包括硅、鋁、鐵、鎂、鈣等十多種元素。這也是這種技術(shù)首次應用于中國的深空探測任務。

        天問一號的環(huán)繞器和祝融號火星車上都有一臺次表層探測雷達,通過主動發(fā)射和接收電磁波信號,探測地下結(jié)構(gòu)?;鹦擒嚿系睦走_安裝在車體底部,可以探測百米深處的水冰。火星車桅桿的頂端和底端,安裝了2個相同的三軸磁通門探頭(磁強計傳感器),組成了磁場探測儀,這是火星上第一臺移動式磁場探測儀。通過祝融號的直接測量,可以幫助我們了解火星殼層的剩磁信息,還能了解太陽風與火星大氣或電離層的相互作用。

        在火星車的桅桿頂部和甲板前端,分別安裝了風、聲傳感器和溫、壓傳感器,組成了一個移動氣象站,長期觀測火星表面的氣溫、氣壓、風速、風向和聲音。這可以幫助我們追溯火星氣候變遷的歷史。

        “千里之行,始于足下”,通過祝融號我們可以看到火星上的萬古荒漠,河道遺跡,藍色夕陽,渺小而珍貴的地球,感受到寒冷的溫度和疾速的風,聽到奇怪的聲音。這些來自伙伴行星的獨特信息,無時無刻不在提醒著我們,地球是人類的家園,生命的天堂。保護地球,就是保護人類的前途和命運。

        (責任編輯/高琳 美術(shù)編輯/周游)

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