一小时走40米，火星车速度慢过乌龟，为什么不让它跑起来？

　　笔者东邪
　　去年夏天，以色列、我国和美国相继发射火星探测器，以色列成功发射希望号，我国成功发射天问一号，美国成功发射毅力号。大家之所以都选择在夏季7月份的时候发射火星探测器，是因为火星每隔26个月出现一次窗口期，利用窗口期发射探测器能够节省很多燃料，同时减少发射过程出现故障的可能性。
　　今年5月15日，我国天问一号经过大半年的飞行终于在火星的乌托邦平原南部成功降落，这标志着我国首次发射火星探测器的成功。7天后，天问一号正式开始我国首次火星探测任务，祝融号火星车缓缓地从着陆舱内驶出，正式拉开中国地面探索火星的序幕。根据官媒发布的数据，祝融号走出第一步的长度只有0。52米。
　　虽然这对祝融号来说是一小步，但对中国航天来说是一大步。根据天问一号项目的工程师介绍，祝融号未来在火星表面的运行速度会达到每小时40米的距离。没错，你没有听错，一个小时走40米左右，这让许多人感到疑惑，即使是乌龟爬行也不止这个速度吧？为什么祝融号的移动速度如此慢呢？
　　火星车的速度到底有多慢？
　　一般的乌龟爬行速度都可以达到每小时60米，而祝融号的时速只能达到40米，这一点应该是许多人感到疑惑的，甚至有人猜测是不是我国在研发火星车上的技术不行。实际上并非只有祝融号的速度很慢，美国的火星车也很慢。拿NASA去年发射的毅力号为例，它是目前美国最先进的火星车，但速度也只是达到每小时240米。
　　而目前还在火星上探测的好奇号火星车，它的速度比毅力号慢了将近一倍，只能达到每小时140米，由此看来，并非我国在研发火星车上的技术落后美国太多，而是大家的整体水平都差不多，导致研发出来的火星车时速很有限。比好奇号更早的火星车机遇号在2004年成功登陆，它在火星表面活动了15年的时间。
　　根据它所携带的行程记录仪显示，这15年里它移动的距离在45公里左右，这还比一辆公交车一天行驶的路程还要短。制约机遇号行驶距离的根本原因还是速度很慢，但科学家表示，火星车的任务重在探索，而不是尽可能多地丈量火星上的土地。因此火星车开始探测后都会经历这样的过程：移动一次后，会先通过探测器观察周围环境，进行判断，然后再进行下一步的移动。因此火星车的运动节奏就是走走停停，停的时间比走的时间多得多。
　　那么火星车的速度为什么如此慢呢？主要有以下三个方面的原因。
　　原因一：火星环境复杂
　　火星的地表虽然十分贫瘠，但人类从未登陆过火星，无法对火星的地貌有真实的感受。更重要的是，科学家通过火星探测器和火星车发现火星地表的环境十分复杂，其表面并不平坦，散落了许多岩石、沙砾等物质。火星的地表存在一些和地球相似的地貌，这些地貌对机器来说也是严峻的考验，稍微不注意就可能让火星车陷入困境。
　　其次，火星上的气候也十分恶劣。探测数据显示，火星白昼的温度一般不超过20摄氏度，但其夜晚温度跌破零下100摄氏度，如此大的昼夜温差容易影响火星车上的探测仪器，甚至导致探测仪器发生故障。虽然火星没有大气层，但它的地表仍然会出现沙尘暴，这对火星车同样很不友好。
　　据了解，我国的祝融号在机动性方面还是拥有很出色的性能，首先它的每个轮子都能够独立行动，而且还可以横着走，大大提高了火星车的机动性。即使如此，地面的控制人员还是必须要小心翼翼地给祝融号传达控制命令，因为火星地表的环境实在太复杂了，一旦不小心就可能会导致火星车陷入故障，严重的话甚至会让火星车完全损坏或失联。
　　由此看来，走得慢并不是火星车的缺点，而是它为了适应火星环境而不得不作出的妥协。再说了，人类要对火星地表有深入的研究和认知，就需要火星车在不同区域进行深入观察和探测，而不是走马观花地略过。因此我们对火星车的要求并不是速度快，而是要稳定。
　　原因二：火星车的发射成本太高了
　　每小时走一两百米对于火星车来说再正常不过了，如果一味追求速度让火星车尽可能多地探测更多火星区域，那么有可能提高火星车发生故障的可能性。一旦火星车出现故障，除了少数它自己能够解决的问题之外，大多数故障对于地面的技术人员来说都是无能为力的，因此大故障的出现往往意味着探测任务的失败。
　　技术人员不敢让火星车走太快的另一个原因则是火星车的发射成本太高了，下达任何指令都需要小心谨慎。到目前为止，人类历史上已经出现了6台在火星地表登陆的火星车，而人类探索火星的历史有将近50年了，但我们仍然只能选择在每隔26个月的窗口期出现后发射火星车，一旦错过了就需要等到下一个窗口期，这是火星车发射的时间成本。
　　火星车发射最大的成本在于资金成本，美国宇航局历代发射的火星车在造价上不低于3亿美元，据说最新一代的毅力号火星车总造价达到了27亿美元，折算成人民币相当于160多亿人民币。大多数人对160多亿元没有概念，只知道这辈子可以衣食无忧了。这个数目相当于让美国整个国防部运行33个小时，谷歌公司在一个星期内所赚到的钱。
　　虽然和美国的GDP相比这比科研支出算不上什么，但它在美国科学教育拨款中占到了一定的比重，一旦毅力号项目失败了，意味着美国经济出现了一个小窟窿。那么我们的天问一号总共耗费多少资金呢？目前官方并没有给出确切的数字，根据一些专家的推测，项目经费可能达到24亿人民币，连毅力号七分之一的经费都还达不到。
　　由于天问一号是我国首个自主探测火星的项目，技术和经验上还有待提高，因此总经费比不上毅力号项目也是可以理解的。但如果天问一号项目不幸失败了，不仅给我国航天发展造成巨额亏损，还会影响国民士气。
　　原因三：从火星向地球传输数据的速度太慢了
　　还有一个客观的原因导致火星车的移动速度极慢，那就是它和地球之间的通信速度非常慢。火星位于近地点时与地球保持着5500万公里的距离，位于远地点时保持着4亿公里的距离，即使通讯信号以光速的速度进行传播，也需要几分钟甚至是几十分钟。目前的火星车在火星上的一举一动都需要受到地面指令的控制，这对信号传输的速度提出了考验。
　　地面技术人员接收到火星车传回来的信号后需要进行分析和处理，获知其中的信息后下达下一步的指令。指令同样需要经过相当遥远的距离才能被火星车接收到，这个过程需要耗费较长的时间。信号传输速度慢的根本原因是信号带宽有限，据了解祝融号传回地球的信号带宽只有16bps，而如今我们手机电脑的传输速度都以Mb为单位了。
　　除了传输速度慢的问题之外，火星车与地球之间的信号传输还存在信号弱的问题。由于地球与火星之间相隔几亿公里，中间无法搭建起有线连接，因此只能通过无线信号进行传播。而无线信号在太空中传播虽然能得到光速，但它会受到宇宙辐射以及其他信号的影响，从而造成信号干扰或信号削弱的情况。
　　如何提高火星车的速度？
　　NASA科学家表示，火星车的速度确实有待提升，但提升的速度无法达到地球上交通工具的速度，因为有许多现实因素限制着火星车的速度。据了解，NASA已经在研究如何让火星车自主规划路径，然后在按照路径行驶的过程中进行自适应调整。这种研究一方面可以减少火星车对地面控制中心的指令依赖，从而减少信息传输延迟的时间。
　　另一方面可以让火星车根据实际情况自主选择更合适的路径，并且可以规避地面上的障碍。如果要提高火星车的速度，那么它的轮胎破损问题也需要得到解决，NASA方面也在研发更适合火星地貌的轮胎。在现有的基础上将火星车的速度再调高十几米或几十米还是有机会的，尤其是对于我国的火星探测事业来说，去年是我们的第一年，未来还有很长的路要走。
　　现在祝融号的行驶速度只有每小时40米，未来还有很大的突破空间，让我们拭目以待吧。