科學(xué)大爆炸

　　中國第一輛火星車開始巡視探測之旅——

　　“祝融”踏上“熒惑”

　　5月22日10時40分，中國第一輛火星車“祝融號”安全駛離著陸平臺，成功“打卡”火星表面。

　　所謂火星車，就是在火星著陸并用于火星探測的可移動探測器，是人類發(fā)射到火星表面并進行巡視探測的一種“特殊車輛”。如今，這里第一次迎來了中國的火星車——祝融號。

　　當天下午，國家航天局發(fā)布“祝融號”火星車攜帶的前避障相機和后避障相機拍攝的駛離著陸平臺過程，這些最新的火星表面影像，讓全世界共同見證：“祝融號”終于踏上“熒惑”，開啟巡視探測之旅。

　　“祝融號”這幾天在忙啥，傳個圖為何那么久？

　　早在5月15日，天問一號任務(wù)著陸巡視器就已成功軟著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，“祝融號”火星車建立了對地通信。

　　不過，直到5月19日，國家航天局才對外發(fā)布我國首次火星探測天問一號任務(wù)探測器著陸過程兩器分離和著陸后火星車拍攝的影像。圖像中，著陸平臺和“祝融號”火星車的駛離坡道、太陽翼、天線等機構(gòu)展開正常到位。

　　那么，“祝融號”這幾天到底在忙啥，所攝火星影像圖為何4天才傳回？國家航天局探月與航天工程中心深空部部長耿言對此進行了解讀——

　　火星與地球的最遠距離約4億公里，而無線電波是以光速傳播，信號能量的衰減與傳播距離的平方是成正比的。“祝融號”火星車現(xiàn)在距離地球約3.2億公里，“實在太遠了，即使扯著嗓子一直喊，地球也只能收到很少的數(shù)據(jù)，慢得不行，只能把最重要的信息傳回來�！�

　　“祝融號”火星車配置了兩種通信方式，一是直接與地球通信，二是通過天問一號環(huán)繞器中繼，與地球通信。5月15日當天一著陸，“祝融號”火星車就直接向家人報告“我已著陸，感覺良好”。

　　耿言說，這之后，“祝融號”火星車用隨身攜帶的相機拍了一些照片。不過要是直接發(fā)回地球，理論上也需要8個多小時。由于火星的自轉(zhuǎn)，每天“祝融號”火星車能和地球直接通信的時間不到半個小時，所以就舍棄了直接向地球傳輸圖像的功能。

　　因此，“祝融號”火星車要等著環(huán)繞器的中繼，后者塊頭大，嗓門也大，向地球傳輸數(shù)據(jù)比“祝融號”要快得多。5月17日，環(huán)繞器進入中繼軌道，隨后和“祝融號”火星車建立了通信聯(lián)系。

　　耿言表示，環(huán)繞器環(huán)繞火星一圈是8.2小時，因此它和“祝融號”很多時候都是被火星這個大家伙擋著，所以“祝融號”要在有中繼的寶貴時間，先把一些自身狀態(tài)的重要數(shù)據(jù)傳回來，之后再傳圖像。

　　目前，“祝融號”正在開展駛離著陸平臺的準備工作，將擇機駛上火星表面，開始巡視探測。后續(xù)，它將和環(huán)繞器密切配合，不僅要拍下火星的風(fēng)景，還要用它攜帶的6臺科學(xué)載荷，對火星進行深入探測，把更多的數(shù)據(jù)傳回來給科學(xué)家研究——這可是比拍照更重要的事。

　　設(shè)計壽命90個火星日，如何更好地活下去？

　　據(jù)中國航天科技集團五院火星探測器副總師賈陽介紹，“祝融號”具有4大主要功能：一是能夠承受整個任務(wù)過程中的力學(xué)、熱、輻射等空間環(huán)境；二是落火后火星車與進入艙配合完成釋放、分離任務(wù)；三是在火晝時完成火面感知、探測、移動等工作，在火夜時進入待機狀態(tài)，也就是“一夜好夢”；四是能夠適應(yīng)火面環(huán)境，具有自主休眠喚醒能力。

　　他向記者透露：按任務(wù)要求，“祝融號”擁有90個火星日(一個火星日約為一個地球日——記者注)的設(shè)計壽命。

　　“火星距離地球最遠距離長達4億公里遠，科研人員無法對登陸火星車進行實時測控，所以‘祝融號’基本以自主工作為主�！辟Z陽說，按照火星日進行工作規(guī)劃，“祝融號”將進行長距離自主移動，并以中繼通信作為主要遙控、遙測、數(shù)傳手段。

　　火星表面的環(huán)境極其惡劣。賈陽說，火星大氣表層光照強度大約是月球表面的三分之一；火星大氣吸收太陽光藍綠光，容易造成光譜紅偏；而火星沙塵沉積將影響太陽電池陣發(fā)電，為此，研制團隊專門針對光照、沙塵等情況，設(shè)計了蝶形四展太陽翼，配置了特殊的電池等。

　　他告訴記者，為了應(yīng)對火星表面的沙塵暴天氣，火星車可根據(jù)沙塵天氣的輕重程度自主轉(zhuǎn)入到最小工作模式、休眠模式或喚醒模式。

　　賈陽說，火星表面氣壓大約是地球大氣的1%，火星表面溫度白天時最高溫度大約27攝氏度，晚上最低溫度大約零下130攝氏度，為了應(yīng)對火面的低氣壓以及晝夜溫差，研制團隊為火星車配置了兩套集熱器，并采用了納米氣凝膠保溫；此外，還開展了低氣壓放電試驗。

　　“火星表面巖石分布密度大約是月球表面的兩倍，其土壤的物理、力學(xué)特性雖然與月壤類似，但存在因侵蝕導(dǎo)致的表層土壤堅硬、里層土壤松軟的情況。”賈陽說，研制團隊對此采用了主動懸架設(shè)計并開展了內(nèi)場下陷脫困試驗，通過主動懸架構(gòu)型的變化，“祝融號”可以實現(xiàn)抬輪和蠕動，便于車輪下陷后脫困。

　　他告訴記者，火星表面弱光照、低溫、地火通信嚴重受限、地面通過性差以及不可預(yù)估的沙塵天氣是阻礙火星車生存及完成巡視探測的主要困難，為闖過這些難關(guān)，研制人員開展了自主及故障容限設(shè)計，確保了火星車能夠有效應(yīng)對嚴酷的環(huán)境和任務(wù)約束。

　　在火星“爬坡下坎”，都將探測什么？

　　火星表面地形復(fù)雜，“祝融號”火星車如何準確傳遞運動指令，進而靈活行走、“爬坡下坎”？

　　“這一切離不開火星車移動分系統(tǒng)核心傳動部件——懸架減速自鎖裝置的支持。沒有它，火星車就如斷線的風(fēng)箏。”中國航天科工集團所屬航天江南群建精密公司項目技術(shù)負責(zé)人賀志斌說。

　　這次為“祝融號”保駕護航的火星車懸架減速自鎖裝置，由賀志斌所在的項目團隊承擔(dān)研制。

　　他打了一個比方：如果將“祝融號”火星車比作一輛“馬車”，那么懸架減速自鎖裝置就是這架“馬車”忠誠的“馬車夫”。

　　具體來看，“祝融號”火星車左右兩側(cè)的懸架上分別裝備了兩種結(jié)構(gòu)精密的懸架減速自鎖裝置，其中夾角調(diào)節(jié)用減速裝置、離合器機構(gòu)用減速裝置各兩臺。

　　這一裝置不僅體型小，而且重量輕，每臺約重250克。整套傳動裝置相互配合，使火星車6個行走車輪獨立實現(xiàn)抬升和降落，實現(xiàn)車體姿態(tài)和高低調(diào)節(jié)，以適應(yīng)火星表面地形地貌，保證爬坡下坎行動自如。

　　賀志斌說，在天問一號探測器飛往火星7個多月的漫長旅途中，“祝融號”火星車懸架減速自鎖裝置要在空間和體積的嚴格控制下，滿足高強度沖壓、極寒高溫等多方面的苛刻要求。這對產(chǎn)品的材料和性能提出了考驗。

　　賀志斌說，攻關(guān)團隊累計組織3次大型論證研討會、內(nèi)部技術(shù)研討會10余次，開展臺架跑合試驗60余臺次，開展熱處理工藝驗證32爐次，開展低溫環(huán)境模擬試驗18爐次，驗證潤滑方案5種……終于在項目模樣轉(zhuǎn)初樣階段前探索出了合理的技術(shù)實施方案。

　　他告訴記者，在攻關(guān)團隊看來，只有每一道工序都通過有效驗證，產(chǎn)品的精度和性能才能做到萬無一失。在熱處理方面，技術(shù)人員通過反復(fù)多次試驗，找出變形規(guī)律，找到變形最小參數(shù)。為使產(chǎn)品性能達到要求，一個產(chǎn)品要進行幾十次甚至上百次的試驗，最終確定工藝方案。

　　“認識一個新的事物就是試錯的過程，航天卻不給你很多機會去試錯。”賀志斌說，火星探測任務(wù)的重頭戲之一就是火星表面巡視，這個過程必須萬無一失。

　　那么，“祝融號”到火星表面去探測什么？

　　長期以來，人們最關(guān)心的是火星上是否存在生命，這成為當前火星探測的熱門問題。專家分析，烏托邦平原很可能是火星遠古海洋的所在地，而“祝融號”的著陸地點，位于古海洋和古陸地的交界處。1976年9月，美國“海盜二號”火星探測器也曾降落于此，并發(fā)回了霜凍現(xiàn)象的照片。

　　最新的科學(xué)探測發(fā)現(xiàn)，在火星烏托邦平原距離地面1到10米的淺表底層下方有大量地下水冰存在，儲水量相當于地球面積最大的淡水湖——蘇必利爾湖。火星地下有水，是否意味著火星存在或存在過生命？是否意味著火星是地球人的未來？這些問題都有待“祝融號”在烏托邦平原這片神奇之地做進一步解答。

　　賈陽說，“祝融號”火星車身上的科學(xué)載荷有五大使命，主要涉及火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結(jié)構(gòu)等研究，將給我國帶來火星的第一手資料。其中，與氣象有關(guān)的研究項目將收集有關(guān)溫度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向的大氣數(shù)據(jù)，并研究火星的磁場和重力場，這些也將解答大眾對火星的好奇。

　　現(xiàn)在，“祝融號”火星車正在火星表面“爬坡下坎”，期待它給人類帶來新的發(fā)現(xiàn)。

　　中青報·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來源：中國青年報

　　2021年05月25日 12 版