“祝融号”火星车开工 详解其“工作挑战”
2021年5月23日 14:14
中新网电
记者从中国国家航天局获悉，根据遥测数据判断，5月22日10时40分，“祝融号”火星车已安全驶离着陆平台，到达火星表面，开始巡视探测。
效果图。中国航天科技集团八院 供图
天问一号探测器于2020年7月23日发射。“天问一号”任务的科学目标是研究火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构等。
针对火星和月球两种截然不同的环境，火星车和月球车有哪些区别呢？“祝融号”开工后又将面临哪些挑战？
“休眠”模式：耐心等待“沙尘暴”过去
不同于月球，火星上有大气，当大气运动引起的巨大沙尘暴让火星车受到沙尘遮盖时，火星车接收到的太阳光能量急剧下降，这时就必须为火星车设计一个“休眠”模式，耐心等待沙尘暴过去。其次，火星上有明显的四季变化，当进入火星深秋后，光照强度会持续减弱，而火星太阳辐照强度仅为月球表面的20%，这时，火星车需要进入长期“冬眠”，直至第二年春天的到来。
“特别订制”：提高太阳电池阵的发电能力
深空探测任务中，航天器唯一的能量来源就是太阳的能量。在火星车上，有4块“特别订制”的太阳能电池阵。
火星表面的光谱与地球轨道、月球轨道的光谱不同，这就意味着火星车太阳电池的“与众不同”。中国航天科技集团八院811所研制人员对太阳电池进行了重新设计，根据火星的光谱作了相应的调整和优化。但受火星车自身体积重量限制、火星表面光照条件等的影响，太阳电池阵的发电能力被大大削弱，如何解决？
效果图。中国航天科技集团八院 供图
研制人员创新性地在火星探测任务上首次使用了最大功率跟踪技术，这也是该技术在中国航天领域的首次在轨应用，电源控制器设计师陈达兴说：“(该技术)跟踪精度高达98%，相比传统电路，提高了太阳电池20%的利用效率，这既解决了火星车能源紧张问题，也在减少太阳电池阵面积的同时减轻了电源产品的重量。”
火星“除尘”：特殊涂层派上用场
火星尘埃在太阳电池表面的堆积也会极大影响火星车的能量获取效率。研制人员为此开展了关键技术攻关，通过表面处理和结构设计在太阳电池玻璃盖片表面做了特殊涂层。“表面处理在于降低火星尘埃和太阳电池的相互吸引力，结构设计在于减少两者的接触面积，这些都通过验证，满足了相关要求”，太阳电池设计师王文强如是说。
“双管齐下”：判读剩余电量
考虑到火星气候的复杂性，火昼时锂离子蓄电池可能会面临联合供电，进而导致充电量不足的情况，研制人员也为火夜制定了一份休眠唤醒“备份”计划：在火昼转火夜前，对锂离子蓄电池的剩余电量进行判读，当蓄电池的剩余电量不足以支撑火星车度过火夜时，火星车转入休眠状态。如何及时并准确地判断锂离子蓄电池的剩余容量就显得至关重要。
锂离子蓄电池设计师王晓锐介绍，目前航天器在轨的锂离子蓄电池容量判读方法一般有两种，安时计和查表法，但由于火星光强不足导致蓄电池火昼时不能充满电，安时计无法进行满充校准，累积误差会越来越大；而且地火来回通信至少需要30分钟，导致查表法不能及时准确判断蓄电池剩余容量。为此，研制人员采用了将安时计和查表法结合使用的方式。
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