小新說
5月22日10時40分,“祝融號”火星車已安全駛離著陸平臺,到達火星表面,開始巡視探測。央企高 科技 大顯身手,小新帶妳壹起探訪“祝融號”火星車——
火星車是在火星登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壹種“特殊車輛”。
天問壹號任務的科學目標是研究火星形貌與地質構造特征、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質組成、火星大氣電離層及表面氣候與環境特征、火星物理場與內部結構等。
火星車(模擬動畫)
“祝融號”火星車由結構與機構、移動、天線、熱控、供配電等10個分系統組成,具有四大主要功能:
火星車駛離平臺(模擬動畫)
探測器自2020年7月23日發射以來,在地火轉移飛行、環火軌道運行期間,環繞器配置的中分辨率相機、高分辨率相機、礦物光譜分析儀、磁強計等7臺科學載荷陸續開機探測,獲取科學數據。
火面工作期間,火星車將按計劃開展巡視區環境感知、火面移動和科學探測,通過配置的地形相機、多光譜相機、次表層探測雷達、表面成分探測儀等6臺載荷,對巡視區開展詳細探測。同時,環繞器將運行在中繼軌道,為火星車巡視探測提供穩定的中繼通信,兼顧開展環繞探測。
火星表面地貌復雜,如何讓火星車在能夠自如地爬坡下坎,科研團隊為火星車設計研制了“定制化”的懸架減速自鎖裝置。“祝融號”火星車配備了先進的主動懸架,具有蠕動,擡輪,車體升降等多種運動模式。配備主動懸架的火星車,不再擔心車輪下陷,甚至發生單個車輪故障也不會喪失移動能力。“祝融號”火星車自主移動能力也非常傑出,相對傳統巡視器,最大自主導航速度和自主移動距離均有大幅度的提升。
安裝在火星車上的加速度計隨時為GNC提供測量信息,確保火星車移動的過程中能夠隨時精準“感知”速度、位置,為火星車安全平穩地開展工作保駕護航。
“祝融號”火星車看上去像壹只美麗的“藍色閃蝶”,四只翅膀是用於能源供給的太陽能電池板。火星距離地球最遠距離長達4億公裏遠,科研人員無法對登陸火星的火星車進行實時測控,“祝融”號基本以自主工作為主,按照火星日進行工作規劃,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。
火星大氣表層光照強度大約是月球表面的三分之壹;火星大氣吸收太陽光藍綠光,容易造成光譜紅偏;而火星沙塵沈積將影響太陽電池陣發電,為此,研制團隊專門針對光照、沙塵等情況,設計了蝶形四展太陽翼,配置了特殊的電池。
火星塵埃在太陽電池表面的堆積也會極大影響火星車的能量獲取效率。研制人員為此開展了關鍵技術攻關,通過表面處理和結構設計在太陽電池玻璃蓋片表面做了特殊塗層。
研制人員創新性地在火星探測任務上首次使用了最大功率跟蹤技術,這也是該技術在國內航天領域的首次在軌應用,跟蹤精度高達98%,相比傳統電路,提高了太陽電池20%的利用效率,既解決了火星車能源緊張問題,也在減少太陽電池陣面積的同時減輕了電源產品的重量。
火星上有大氣,當大氣運動引起的巨大沙塵暴讓火星車受到沙塵的遮蓋時,接收到的太陽光能量急劇下降,這時就必須為火星車設計壹個“休眠”模式,耐心等待沙塵暴過去。其次,火星上有明顯的四季變化,當進入火星深秋後,光照強度會持續減弱,而火星太陽輻照強度僅為月球表面的20%,這時,火星車需要進入長期的“冬眠”,直至第二年的春季到來。
火星氣候具有復雜性,火晝時鋰離子蓄電池可能會面臨聯合供電進而導致充電量不足的情況。為了確保萬無壹失,研制人員也為火夜制定了壹份休眠喚醒“備份”計劃,在火晝轉火夜前,對鋰離子蓄電池的剩余電量進行判讀,當蓄電池的剩余電量不足以支撐火星車度過火夜時,火星車轉入休眠狀態。
火星車鋰離子蓄電池不具備保溫設備,若沒有從-90 的最低溫度恢復到-15 的工作溫度,即使喚醒了,也無法正常開展工作。休眠的時候整器會斷電,至於什麽時候再喚醒,需要先參考鋰離子蓄電池的溫度。
研制人員給鋰離子蓄電池增加了溫度繼電器,用來判斷鋰離子蓄電池的溫度。當太陽電池重新開始工作後,優先給鋰離子蓄電池加熱,待加到-15 左右,溫度繼電器自動閉合,火星車真正喚醒。
延伸閱讀
5月19日,我國首次火星探測天問壹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發布。天問壹號任務探測器由中國航天 科技 集團有限公司研制。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。
由火星車的前避障相機正對火星車前進方向拍攝。圖中可見坡道機構展開正常;圖像上部的兩個伸桿為已經展開到位的次表層雷達;前進方向地形清晰。為獲知火星車前進方向更大範圍的地形信息,避障相機采用大廣角鏡頭,在廣角鏡頭畸變的影響下,遠處地平線形成壹條弧線。
由導航相機拍攝,鏡頭指向火星車尾部。圖中可見火星車太陽翼、天線展開正常到位;火星表面紋理清晰,地貌信息豐富。
由環繞器的監視相機拍攝的著陸巡視器分離過程影像
中國航天,加油!
我們的征途是星辰大海!
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責任編輯丨張麗娟
執行主編丨劉海草 張灝然
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