"祝融"踏上"熒惑":這幾天在忙啥 傳個圖為何那麼久
科學大爆炸
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，就是在火星著陸並用於火星探測的可移動探測器，是人類發射到火星表面並進行巡視探測的一種“特殊車輛”。如今，這裡第一次迎來了中國的火星車——祝融號。
當天下午，國家航太局發佈“祝融號”火星車攜帶的前避障相機和後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”終於踏上“熒惑”，開啟巡視探測之旅。
“祝融號”這幾天在忙啥，傳個圖為何那麼久？
早在5月15日，天問一號任務著陸巡視器就已成功軟著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區，“祝融號”火星車建立了對地通信。
不過，直到5月19日，國家航太局才對外發佈我國首次火星探測天問一號任務探測器著陸過程兩器分離和著陸後火星車拍攝的影像。圖像中，著陸平臺和“祝融號”火星車的駛離坡道、太陽翼、天線等機構展開正常到位。
那麼，“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？國家航太局探月與航太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據，慢得不行，只能把最重要的資訊傳回來。”
“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，這之後，“祝融號”火星車用隨身攜帶的相機拍了一些照片。不過要是直接發回地球，理論上也需要8個多小時。由於火星的自轉，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，所以就捨棄了直接向地球傳輸圖像的功能。
因此，“祝融號”火星車要等著環繞器的中繼，後者塊頭大，嗓門也大，向地球傳輸數據比“祝融號”要快得多。5月17日，環繞器進入中繼軌道，隨後和“祝融號”火星車建立了通信聯繫。
耿言表示，環繞器環繞火星一圈是8.2小時，因此它和“祝融號”很多時候都是被火星這個大傢夥擋著，所以“祝融號”要在有中繼的寶貴時間，先把一些自身狀態的重要數據傳回來，之後再傳圖像。
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。後續，它將和環繞器密切配合，不僅要拍下火星的風景，還要用它攜帶的6台科學載荷，對火星進行深入探測，把更多的數據傳回來給科學家研究——這可是比拍照更重要的事。
設計壽命90個火星日，如何更好地活下去？
據中國航太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過程中的力學、熱、輻射等空間環境；二是落火後火星車與進入艙配合完成釋放、分離任務；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，也就是“一夜好夢”；四是能夠適應火面環境，具有自主休眠喚醒能力。
他向記者透露：按任務要求，“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。”賈陽說，按照火星日進行工作規劃，“祝融號”將進行長距離自主移動，並以中繼通信作為主要遙控、遙測、數傳手段。
火星表面的環境極其惡劣。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電，為此，研製團隊專門針對光照、沙塵等情況，設計了蝶形四展太陽翼，配置了特殊的電池等。
他告訴記者，為了應對火星表面的沙塵暴天氣，火星車可根據沙塵天氣的輕重程度自主轉入到最小工作模式、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，為了應對火面的低氣壓以及晝夜溫差，研製團隊為火星車配置了兩套集熱器，並採用了奈米氣凝膠保溫；此外，還開展了低氣壓放電試驗。
“火星表面岩石分佈密度大約是月球表面的兩倍，其土壤的物理、力學特性雖然與月壤類似，但存在因侵蝕導致的表層土壤堅硬、裏層土壤鬆軟的情況。”賈陽說，研製團隊對此採用了主動懸架設計並開展了內場下陷脫困試驗，通過主動懸架構型的變化，“祝融號”可以實現抬輪和蠕動，便於車輪下陷後脫困。
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，研製人員開展了自主及故障容限設計，確保了火星車能夠有效應對嚴酷的環境和任務約束。
在火星“爬坡下坎”，都將探測什麼？
火星表面地形複雜，“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核心傳動部件——懸架減速自鎖裝置的支援。沒有它，火星車就如斷線的風箏。”中國航太科工集團所屬航太江南群建精密公司項目技術負責人賀志斌說。
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研製。
他打了一個比方：如果將“祝融號”火星車比作一輛“馬車”，那麼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”火星車左右兩側的懸架上分別裝備了兩種結構精密的懸架減速自鎖裝置，其中夾角調節用減速裝置、離合器機構用減速裝置各兩台。
這一裝置不僅體型小，而且重量輕，每台約重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抬升和降落，實現車體姿態和高低調節，以適應火星表面地形地貌，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，滿足高強度衝壓、極寒高溫等多方面的苛刻要求。這對產品的材料和性能提出了考驗。
賀志斌說，攻關團隊累計組織3次大型論證研討會、內部技術研討會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，開展低溫環境模擬試驗18爐次，驗證潤滑方案5種……終於在項目模樣轉初樣階段前探索出了合理的技術實施方案。
他告訴記者，在攻關團隊看來，只有每一道工序都通過有效驗證，產品的精度和性能才能做到萬無一失。在熱處理方面，技術人員通過反覆多次試驗，找出變形規律，找到變形最小參數。為使產品性能達到要求，一個產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，航太卻不給你很多機會去試錯。”賀志斌說，火星探測任務的重頭戲之一就是火星表面巡視，這個過程必須萬無一失。
那麼，“祝融號”到火星表面去探測什麼？
長期以來，人們最關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，位於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於此，併發回了霜凍現象的照片。
最新的科學探測發現，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，儲水量相當於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”火星車身上的科學載荷有五大使命，主要涉及火星空間環境、地表形貌特徵、土壤表層結構等研究，將給我國帶來火星的第一手資料。其中，與氣象有關的研究項目將收集有關溫度、氣壓、風速和風向的大氣數據，並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現。
中青報·中青網記者 邱晨輝 來源：中國青年報
2021年05月25日 12 版
