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毅力号登陆火星一周年,核动力机械臂直升机,比祝融号更先进

  一年前的昨天,2021年2月18日,超过1吨重的美国第三代火星车"毅力"号,成功降落在耶泽罗撞击坑,开始了一个没有感情的"钻工"的快乐生活。迄今为止,它共在火星上打了几十个个孔,为下一个返回地球的"航班"收集了大量的样本。
  感觉毅力号的工作就是钻钻钻
  迄今为止,美国共向火星成功发射了5个火星车,它们分别是1997年的"旅居者"号、2004年的"勇气"号和"机遇"号、2012年的"好奇"号和2021年的"毅力"号。作为其中最新的成员,"毅力"号的身上高科技云集,但其中最引人关注的,有三大"黑科技"是咱们的"祝融"号火星车还没有的,今天我们就来聊聊这个话题。
  毅力号火星车
  首先就是核动力,相信很多人看到"好奇"号和"毅力"号第一眼,就发现它们和我们的"祝融"号不一样,没有太阳翼,这是因为它们采用的是核动力驱动,或者从专业角度来说,叫做多任务放射性同位素热电发生器MMRTG,它主要用于给航天器的内核保温,也可以驱动火星车,可以算是广义上的核动力。
  红圈处就是毅力号的MMRTG
  "毅力"号的MMRTG系统质量大约为45千克,使用4.8千克的二氧化钚作为稳定供应的热源,能产生约 110 瓦的电能,预计十几年的任务周期内将一直保持这个发电水平。而"好奇"号的MMRTG系统初期可以提供约125瓦的电力输出,预计14年后还有100瓦,两者的核动力系统配置差不多。
  地球实验室里的毅力号
  相比咱们"祝融"号火星车的太阳能电池板,MMRTG系统不仅功率更大,而且还可以避免夜间或者冬季的电能供应不足的问题。更重要的是,由于火星上有风和沙尘暴,时间久了,太阳能电池板表面会蒙上一层灰,降低光电转换效率。美国第二代火星车"勇气"号和"机遇"号就遇到过这种问题,几乎无解。
  美国三代火星车
  有意思的是,美国"洞察"号火星工作站,前不久也遭遇了太阳能电池板积灰太多的问题,它的解决办法竟然是"以毒攻毒",用机械臂抓起一铲火星尘土,洒向自己的太阳翼,以此来去除自己身上的灰尘,就像大象洗"沙浴"一样,也不知道最终的效果如何。而我国"祝融"号火星车的解决办法是抖一抖,它的4个太阳翼中,有2个可以人为控制抖动,必要的时候能用来去除灰尘,恢复光电转换效率。
  积满灰尘的洞察号
  祝融号前面两片太阳翼可以抖动
  其实,"好奇"号和"毅力"号的MMRTG系统,我们也有,在嫦娥三号月球登陆器上就有成功应用,玉兔二号月球车的内核保温手段,也是采用同位素电池。另外,我国将在2024年和2025年发射自己的"旅行者一号"和"旅行者二号",叫做"星际快车"IHP-1和IHP-2探测器,它们就采用了放射性同位素热电发生器 (RTG)作为动力。
  嫦娥三号就有放射性同位素电池
  而"毅力"号的第二个"黑科技",则是装备了机械臂,上面有空心钻头等各种末端执行器。年前"毅力"号在火星岩石上打孔的时候,钻头转盘被两颗火星小石子卡住了,折腾了一两个月,才终于将它们退出,恢复功能。
  毅力号的机械臂
  卡住钻头转盘的火星小石子
  实际上,机械臂几乎是美国火星车、固定式火星工作站的标配。除了早期的小不点"旅居者"号之外,其他的包括"勇气"号、"机遇"号、"好奇"号、"毅力"号,甚至连"凤凰"号、"洞察"号固定式火星工作站都有装备。而我们的"祝融"号火星车没有装备机械臂,真是非常可惜,只能对火星岩石进行"望、闻、问",不能动手"切"了。
  洞察号的小铲子
  毅力号的钻头
  钻头特写
  据说"祝融"号的确有过一个带机械臂的设计,但是最终还是选择了目前的方案,究其原因,其实电力供应不是问题,关键是咱们没想到步子一下可以迈这这么大。咱们是第一次独立自主探测火星,一次成功实现"绕、落、巡",已经是巨大的飞跃了,至于机械臂,对于咱们来说不是难事,嫦娥五号登陆器上就有,但咱们可以留给几年后的"祝融二号"。据说下一回咱们再探火星,就要采样返回了,一步追上美国的水平。
  祝融号没有机械臂
  "毅力"号的第三个"黑科技",就是它携带的"机智"号火星直升机了。登陆火星这一年来,"机智"号共在火星上飞行了不少于12次飞行,飞行时间不低于1309秒,飞行距离超过2.5公里,大大提高了火星探测的效率,拓展了探测范围。
  机智号火星直升机
  而我国目前也正在研制火星直升机,可能会伴随"祝融二号"一起登陆火星。但是从目前的方案来看,基本上都在模仿美国"机智"号。可美国下一代火星直升机已在设计当中,采用6轴旋翼设计,体型、飞行距离、飞行高度都远远超过现在的"机智"号,而且美国还正在研制核动力的"蜻蜓"号飞行探测器,计划在2026年派往灭霸的老家,泰坦星。我们在追踪外国技术的时候,也要打"提前量",可以将目光瞄准美国第二代火星直升机。
  我国正在研制的火星直升机
  左边是美国下一代火星直升机
  蜻蜓号原型机
  值得一提的是,在明年发射的嫦娥七号上,将携带一个外形像帝王蟹的飞越探测器,它有6条大长腿,能在月球表面爬行,也可以低空飞行,主要目的是在月球南极寻找水的直接证据,这也算是我们另类的"机智"号了。当然,由于月球表面没有大气,所以这个飞越探测器采用的是可以重复使用的小推力火箭发动机,而不是类似"机智"号的旋翼。
  嫦娥七号的飞越探测器
  "毅力"号成功登陆火星一周年,做了许多重要的工作,比如除了不知疲惫地打孔之外,还首次成功在火星上合成了氧气,为人类将来移民火星奠定了技术基础。而"祝融"号是咱们第一辆火星车,虽然技术水平相比"毅力"号、"好奇"号还有一定的距离,但比美国第二代火星车"勇气"号、"机遇"号还是有一些优势的,目前它正安全地运行在火星乌托邦平原南部。
  "祝融"号的寿命虽然和美国火星车一样,标定是90个火星日,但目前已经安全运行超过278天,而且按照一般规律,还可以运行十几年,和"祝融二号"并驾齐驱。之所以外界很久没有听到它的消息了,那是因为运行时间久了,无论是媒体还是航天界,都有了一颗平常心,从火星传来的普通消息,都上不了新闻,这是一种进步。毕竟咱们不是韩国人,是见过大世面的,不用发射个火箭都哇哇哇。
  祝融号和毅力号尺寸对比

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