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正在火星的“中国车”祝融号,到底有哪些神奇之处?

2021年05月19日 17:41:01
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来源:AutoLab

自1960年以来,人类共进行45次探测火星任务,但只有20次取得成功,其中火星着陆任务中只有9次成功,全部来自于美国,但现在这一纪录正在被改变。

几天前,火星北半球的乌托邦平原南部,正迎接一位远道而来的新朋友-天问一号祝融号火星车,它所代表的中国将成为第二个成功将探测器着陆于火星表面的国家。

搭载天问一号的长征五号遥四运载火箭在海南成功发射(图片来源:国家航天局)

北京时间5月15日7时18分,携带祝融号火星车的天问一号着陆巡视器成功着陆于此,在此前,由着陆巡视器与环绕器共同组成的天问一号火星探测器,已经在太空中游历了漫长的295天。

它们从去年7月份,由中国海南文昌航天发射场,搭乘长征五号遥四运载火箭出发,用时7个月,以每天约30万公里的速度,跋涉4.7亿公里之遥,抵达火星环绕轨道。

2020年7月27日,天问一号探测器在距离地球约120万公里处拍摄的地月合影照片(图片来源:国家航天局)

和几乎同期出发同期抵达的美国毅力号火星探测器不同,火星对于天问一号来说还是一块处女地。

在已有的8颗中继通信卫星和预选着陆点的支持下,轻装上阵的毅力号选择了直接着陆,而同时携带中继通信卫星和火星车的天问一号,在又进行为期约3个月的环火探测之后,才终于开启此行最重要的一个环节—着陆火星。

北半球上方火星影像(图片来源:国家航天局)

火星,太阳系里四颗类地行星之一,这里的地表偏红色的,夕阳偏蓝色,空气稀薄,同时气候恶劣,昼夜温差极大,白天可达20摄氏度,但夜晚却能低于零下100摄氏度。

地火之间的间隔,按照最远距离算,即使是“光”也得走上22分钟,信号从地球发射,往返就要有数十分钟的通讯延迟,而探测器进入火星大气之后,仅有不到十分钟的降落时间,所以火星着陆的最后环节,成功与否完全依赖着陆巡视器的自主决断。

(图片来源:国家航天局)

而乌托邦平原,是火星最大的平原地带,这里地形平缓,陨石坑较少,地质年龄较轻,很有可能是远古火星海洋的所在地,从着落可行性和预期探测成果来看,都是一个很不错的着陆点。

5.15日凌晨一时,天问一号探测器在火星停泊轨道实施降轨,机动至火星进入轨道。4时许,着陆巡视器与环绕器分离,又历经约3小时飞行后,进入火星大气,再经过约9分钟的自主减速、悬停避障和缓冲,终于于上午7点18分成功软着陆于预选着陆区,完成火星上的“惊鸿一落”。

祝融号火星车动力减速段

而作为整个火星探测任务中重中之重的一环,成功着陆的祝融号火星车可谓是一台高精尖设备的集合体。

祝融号火星车总重240公斤,总高1.85米,以太阳能电池作为动力来源,设计寿命为三个火星月。它携带了6种科学仪器;

一,探地雷达(GPR),拥有高频和低频两个通道,可以对火星表面100米以下地层进行探测,比如探知地下是否存在水冰,探测地下物质的大小和分布特征。

二,火星表面磁场探测器(MSMFD),可探测火星磁场特征,将对理解火星内部的演变具有极其重要的意义

三,火星气象测量仪(MMMI),可以测量火星表面温度,湿度,气压和风速。

四,火星表面化合物检测器(MSCD),它可以利用激光诱导击穿光谱仪,在数米外用激光把岩石成分烧蚀成等离子体,并短波红外光谱显微成像仪对土壤和岩石进行进行分析。

五,多光谱相机(MSC),获取着陆点周围的地形、地貌和地质背景信息,进行空间分析。

六,导航和地形相机(NTC),拍摄广角图片,指导火星车的移动并寻找感兴趣的目标(岩石/土壤等)。

图片来源:行星事务所

作为一台需要独自在火星荒漠生存的探测车本身,祝融号有两点非常有意思,一是自动驾驶能力,二是越野性能。

在自动驾驶上,先期着陆的毅力号火星车就宣称应用了非常尖端的自动驾驶系统,祝融号应该也不遑多让,其遍布全身的各类光学、地形传感器都可以为其行动提供支持,其中避障相机、监视相机、惯导装置等则是其主要依赖。“

祝融”顶部桅杆的装置即为3D双目避障相机,与玉兔号月球车同款,它除了能在火星上自拍,还能够拍摄近在咫尺的火星立体影像,为祝融号自主规划行走路径提供重要参考。

在越野性能上,祝融号的身高和一台紧凑型SUV相当,但车长仅有3.3米,比吉姆尼还短一些,可谓短小精悍。

它拥有六个均可独立驱动独立转向的车轮,使其在直线前进过程中前轮受阻或者遇到无法攀爬的障碍物,可以通过锁止几个车轮,直接进入“蠕行”模式来脱困,或者就地转向,像螃蟹一样横着走。

此外,祝融号还拥有30°最大爬坡角度,以及主动悬架系统,通过主动悬架,一方面是当车体在碰到障碍物过不去时,主动悬架可以自主升高抬升底盘离地间隙,以提升通过性。

另一方面,作为搭载了各种高精尖科学仪器的探测车,祝融号必须得时刻保持车身稳定性,所以主动悬架能够根据行驶条件自动调节系统刚度和阻尼特性,无论火星表面’路况’如何,祝融号都确保始终处于最佳行驶状态。

不过,作为一台火星探测车,祝融号的主要任务还是科学考察。所以别以为它能在火星飙车,实际上祝融号的巡视速度仅40米/小时,最大运动速度200米/小时,划算下来每秒移动几厘米,孑然一身的祝融号在火星上可谓相当小心谨慎。

祝融号的设计寿命大概是90个火星日,换算成地球日就是92天,三个月左右。

从天问一号启程赶往火星用时7个月,围绕火星探测又耗时了三个月,若从其发射之日起算,到现在已历时10个月之久,祝融号仅三个月工作寿命是不是有点短?

实际上并不是,这只是设计寿命,且使用太阳能帆板的火星车设计寿命基本都是三个月,但如无意外情况,往往实际使用寿命会长达数年之久,所以也期待祝融号的超额服役吧。

天问一号在绕火飞行,图源:新京报

此时此刻,遥远的火星,天问一号正在绕火飞行,祝融号火星车已在着陆平台上做最后准备,当几天后一切就绪,它将驶离着陆平台,用自己的车轮,真正踏上火星的红色土地…

此时此刻,遥祝祝融号,旅途愉快,一切顺利。

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