清疯

祝融号火星车休眠期已经超过9个月，目前还没有醒来，大家都很着急也很想知道它的近况如何。2023年2月21日，NASA的火星资产“火星勘测轨道器（MRO）”公布了由该探测器搭载的HiRISE高分辨率相机拍摄的祝融号卫星照片。



画面中的泛绿色物体就是祝融号

照片由三幅画面组成，拍摄日期由左至右依次是2022年3月11日、2022年9月8日、2023年2月7日。卫星照片显示自去年9月8日至今年2月7日祝融号的位置没有改变。2022年3月11日与2022年9月8日成像对比显示，祝融号车体顶部光谱特征明显灰暗许多，说明车积累了不少的火星沙尘，而后一时刻是祝融号转入休眠模式后将近4个月时拍摄（据公开报道，在转入休眠之前，祝融号所在地区经历了强烈的沙尘天气）。



2023年2月7日相较于去年9月8日，车体顶部光谱特征更加灰暗，说明祝融号所在地区秋冬季强烈沙尘天气比较频繁。



分辨率达到0.3米的卫星照片也只能让我们远观，想要近观？不太可能，然而多年前NASA勇气号的一张自拍照可以让我们感知一下祝融号当下的状况：



图为登陆火星约1年8个月时的勇气号

此刻，祝融号登陆火星将近两年，即便比上图再多一些沙尘，大不了就是下面这样：



登陆火星9年后的机遇号

可以看到机遇号车体顶部颜色几乎与周围环境颜色一样。沙尘对太阳能电池的影响有多大？可以说自探测器登陆火星那一刻开始，沙尘的影响就已经开始，太阳能电池的光电转换效率在沙尘沉降影响下以每天0.28%的速率下降。以机遇号为例，登陆火星初期太阳能电池还可以实现140瓦的满格功率，当时预计3个月设计寿命到期时，发电功率会降至50瓦，这也是为什么太阳能火星车的设计寿命都很短的原因，主要受制因素就是沙尘沉降影响火星车的能源，一旦能源没了，那可不就结束了。但是，事实上，机遇号并没有如预期那样快速地衰减光电转换效率，因为什么呢？就是因为大家谈之色变的“火星沙尘暴”。



机遇号的车辙

“火星沙尘暴”在带来尘土飞扬的同时，也有意外福利，那就是阵风可以清除太阳能电池表面的沙尘。



四年多前，好奇号拍摄的火星沙尘暴。

每一次清除沙尘都可以延长火星车的预期寿命，所以机遇号在火星上工作了十五年。祝融号相较于机遇号配置了能力更加强大的“三结砷化镓太阳能电池阵列”，其光电转换效率不低于31%，不仅处于目前同类国际产品中的领先水平，更是远远超过了机遇号勇气号诞生年代的水平。比如，祝融号的唤醒最低工况就要求是大于140瓦的发电功率，这个下限能力对于机遇号而言，即便拿出上限也够不到。



祝融号的太阳能电池，登陆火星初期拍摄。

被沙尘覆盖的祝融号唤醒会不会更困难？虽然会更困难，但也在设计范围内。祝融号采用的是自主休眠与自主唤醒设计，从设计上不仅无法干预唤醒，也无法预测自主唤醒的时间，因为自主唤醒需要满足两个条件：首先是蓄电池温度达到-15℃以上，再就是发电功率达到140瓦以上，这两点也是最近经常提到的。蓄电池温度如何才能达到-15℃以上？根据与祝融号纬度相近的毅力号测得的温度可知，目前最高气温约为-18℃，注意这还只是最高气温，昼间大部分时段的气温均低于此值。



2月19日，毅力号所在地区最高温-17.7777778℃

天公不作美，那么祝融号就要怨天尤人吗？不！可以说，祝融号自进入休眠模式后在火星的每一天都在尝试自主唤醒，哪怕是在火星冬季。每天当太阳升起，祝融号的唤醒工作就开始了，太阳能电池阵接收到每一缕阳光都会优先转化为热能，并将这些热能通过线路传递给蓄电池等载荷设备。



祝融号回望来时路

除了太阳能电池阵，祝融号还有另一套热能装置也可在休眠期间发挥作用，这就是集热器与相变储能装置，它也是在太阳升起后便开始收集热能。集热器最显著的特征就是祝融号车体顶部两扇圆形薄膜窗，光线通过这里抵达高效吸热层，再将热能传递至集热板，紧贴集热板的便是由正十一烷材料填充的相变储能装置，该装置再将收集的热能传递给其他设备。



两个圆形装置便是祝融号的集热器

当热量足以使蓄电池组温度达到-15℃以上后，温度继电器闭合，之后电源控制器内部继电器回路接通，此时还没有真正唤醒。接下来就需要太阳能电池发电功率达到140瓦以上，然后唤醒继电器闭合，母线得电，火星车真正唤醒。温度与电力两者缺一不可，目前祝融号所在地区已经进入火星春季，在太阳能电池与集热器/相变储能装置共同作用下，也许蓄电池已经满足温度指标，接下来就看太阳能电池何时可以达到140瓦以上的唤醒功率。被沙尘覆盖的太阳能电池就没有希望了吗？非也。目前是火星春季，太阳高度角虽相比冬季时段要高一些，但还有继续上升的空间。随着太阳高度角的持续提升，祝融号太阳能电池的发电功率也将继续提升。



感受一下火星夏季炽热的太阳（天问一号着陆过程中拍摄）

还有两点要考虑到，祝融号是一辆具有高度自主处置能力的火星车，如果唤醒后检查电量发现不足以满足最小工况需求，或者无法安全度过火星夜晚，它还会自主进入休眠模式。另外一点就是，祝融号自主唤醒后需要与天问一号环绕器通信，然后等待地面人员处置，这就要考虑到环绕器与火星车之间的通信窗口问题，毕竟目前环绕器的主要工作是环火遥感探测。沉睡了九个月的祝融号真的可以创造奇迹吗？我们的火星车研发团队针对可能出现的问题已经做了充分的试验工作，比如仪器设备的低温贮存摸底试验和休眠唤醒专项试验。官宣迟迟不发布新的消息其实就是好消息，因为目前仍处于祝融号自主唤醒的能力范围之内，这就是还有希望。



分离相机拍摄的祝融号动态画面

我们也要一颗红心两手准备。对于已经超期工作，并在火星表面圆满完成整整一年巡视探测工作的祝融号而言，它是我们的第一辆火星车，如果成功唤醒了，那就是稳赚。如果最终没有唤醒也是情理之中，要知道NASA的第一辆火星车旅居者号只在火星存活了3个月，行走了100米，而祝融号累计行驶里程则已经达到1.921公里。



天问一号火星探测器

天问一号作为我们的首次自主火星探测任务，用一次发射就实现了绕、着、巡火星三大工程能力的突破，从零起步一跃至火星探测强国之列。站在新起点上，大家都很期待祝融二号火星车，不过根据目前的规划来看，尚没有祝融二号，因为下一次火星探测任务就是火星采样返回，若如期实现，这将是继阿波罗载人登月之后人类的又一大壮举。

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• lijing01 金币 +10 感谢分享，论坛有您更精彩！ 2023-2-22 15:56