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        祝融號:靠什么巡視探測火星

        2021-10-18 05:29:36
        華聲文萃 2021年10期

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

        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雜地形條件下,具備較強的通過能力。

        在平坦的硬路面上運動時,火星車保持主動懸架機構的主動關節(jié)鎖定,此時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,可采用尺蠖運動方式脫困。

        靠集熱窗實現(xiàn)“保暖”

        火星表面溫度偏低,在火星車頂部,安裝了像雙筒望遠鏡一樣的設備,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?;鹦前滋鞙囟壬?,這種物質(zhì)吸熱融化;到了晚上溫度下降時,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”,效率可達到80%以上。

        當前,火星上正值盛夏,祝融號火星車會“感覺”稍稍有點熱。不過,等火星到了秋季之后,收集熱能的這個本領就會顯示出效用了。

        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,就是導致太陽能電池輸出功率下降。因為火星車工作所需要的電能都來自太陽能,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。這些結(jié)構的尺寸比火星塵顆粒的尺寸還要小,當火星塵與之接觸時,就相當于與一個納米級的“針床”接觸,而不是與一個平面接觸。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)構的制備方法有很多種,火星車上采用的是濕化學腐蝕法。測試發(fā)現(xiàn),改進后的太陽能電池片,除塵效果達到了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95%。

        自己決定“睡覺”“起床”時間

        火星表面也會有局部沙塵天氣,嚴重時甚至蔓延到火星的大部分地區(qū),成為全球性沙塵暴。美國的機遇號火星車在火星表面工作了15年,就是因為一次嚴重的沙塵天氣而中斷了工作。

        祝融號火星車如何應對這樣的沙塵天氣呢?研制者們?yōu)槠湓O計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“睡覺”何時“起床”。

        在火星表面,當風速逐漸升高,出現(xiàn)沙塵天氣時,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。每當黃昏時,電池電量都應該是滿滿的,“今天怎么這么少?”火星車趕緊計算明天工作需要多少電能。如果結(jié)論是“差一點”,那么火星車就會減少工作的設備,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。

        喚醒有兩個必備條件:一個是等到沙塵天氣過去,陽光越來越強,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;另一個是火星車關鍵設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》)

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