火星进入严酷的冬季,祝融号暂时休眠!为什么美国的毅力号不用?
2020年,来自中国的"天问一号"、美国的毅力号以及阿联酋的"希望号"三枚火星探测器,抵达了地球的近邻-火星的轨道上,其中我国和美国的探测器在火星表面上释放了火星车,对火星表面的地形地貌、岩石和土壤构成、大气层、磁场等情况进行实地探测,均取得了丰硕的成果。
祝融号抵抗低温和沙尘暴的能力
我国的祝融号火星车的着陆地点,位于火星北半球的乌托邦平原的低洼地区。从去年的5月到今年的5月中旬,祝融号在火星表面的行驶总里程,达到了1921米。在轨运行的"天问一号"与在火星表面运行的祝融号,二者实施了对火星的立体化探测,共向我国的地面探测中心发射返回了940GB的海量数据,我国的科学家们正在紧锣密鼓地对这些数据开展解译、分析和研究。
祝融号火星车在着陆以后,利用它携带的高分辨率相机,在乌托邦平原的着陆区上空,探测到了若干次大规模的沙尘暴活动,遮天蔽日的沙尘将大部分的太阳光线阻隔在外,从画面上看火星表面呈现出比较黯淡、深黄色的环境,更加显示了火星表面严酷和毫无生机的自然环境。
祝融号火星车在结构设计上,充分考虑了火星表面的这种严酷环境,特别是在应对低温和沙尘侵扰上有着独到之处。比如,为了应对冬季火星的低温环境,火星车电池板"翅膀"的中间、车体的顶板之上,配备有两个圆形的透明薄膜,它的学名叫做"集热窗",可以在太阳光线照射到薄膜之后,将一些热量保留在火星车的本体之内,从而确保火星车内部的各种仪器设备免遭低温的影响。
为了应对火星表面的强烈沙尘环境,祝融号也有着高效的应对措施,主要来说有四个特点,一是太阳能电池板具有定向跟踪功能,就像"向日葵"一样随着太阳在空中的移动方向而转向;二是构成电池板的表面覆盖着一层特殊的材料,可以有效隔绝灰尘的粘附,一有空气流动灰尘就很容易被吹掉;三是电池板在运行时,会有一定的倾斜角度,灰尘在重力作用下会自然地掉落;四是在强烈风沙天气条件下,祝融号可以改变自身的运行模式,来尽可能地减少能量的消耗。
祝融号已经进入"冬眠"状态
进入5月份以后,火星的北半球正式步入冬季,即使是白天的最高气温,也降到零下20摄氏度以下,在夜晚最低温度甚至降到了零下100多摄氏度,再加上火星冬季仍然频繁发生沙尘暴,而且太阳光线的高度角变得很低,此时太阳辐射强度大大减少。
在这样的环境下,祝融号火星车的能源补给能力逐步减弱,而且相关的保温措施对能量的消耗也进一步增大,所以,为了应对这种严酷的自然环境,最大限度保障火星车的安全,祝融号火星车按照既定设计方案,已经转入到了冬季模式运行,即不再开展探测活动,实施了暂时的"冬眠"策略。
由于祝融号火星车能够自主检测太阳辐射强度的变化,待太阳辐射逐渐增强,达到一定水平之后,会自动从"冬眠"状态恢复过来。预计到今年的12月份,随着火星北半球春天的到来以及强烈沙尘天气的消散,祝融号将重新"披挂上阵",继续开展相应的探测活动。美国的毅力号为何不用休眠
无论是火星车还是月球车,这样的着陆探测器之所以能够在地外天体上面行进,最重要的就是有效的、充足的能源供给。从历史上人类研制的探测器,其能量供给方式有两种,一个是利用太阳能,另外一个是利用核能,通过将太阳能或者核裂变释放出来的能量,转化为电能,供探测器本身以及各种仪器设备运行时使用。
我国之前发射的玉兔号月球探测器,和祝融号火星车一样,采用的是太阳能供电方案,这种供电模式受气温和自然环境的影响较大,如果太阳的高度角很小、环境中充满沙尘的话,那么太阳辐射强度就会明显减弱,祝融号就面临着这样的问题。同样,美国之前在火星上发射的洞察号探测器,也会定期进入"冬眠"状态。
而美国此前发射的好奇号和最近发射的毅力号火星车,采用的是核能供电模式,即利用放射性同位素热发电机进行供电,车体上面装载有放射性元素,通过放射性衰变持续供应能量,因此基本上不受火星表面的沙尘和漫长冬季的影响。
从某种意义上来说,核能的供电模式相较于太阳能供电,更具稳定性,另外由于有较为强大的动能保证,所以探测的范围、行进的速度也要优于太阳能供电。不过,从祝融号和毅力号的对比看,我国的火星车在一些方面也占有优势,比如六轮驱动设计、某些仪器设备性能更为先进,同时还拥有理论上的无限使用寿命,这些毅力号都是"望尘莫及"的。
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