5月22日10時(shí)40分,中國第一輛火星車“祝融號(hào)”安全駛離著陸平臺(tái),成功“打卡”火星表面。
所謂火星車,就是在火星著陸并用于火星探測的可移動(dòng)探測器,是人類發(fā)射到火星表面并進(jìn)行巡視探測的一種“特殊車輛”。如今,這里第一次迎來了中國的火星車——祝融號(hào)。
當(dāng)天下午,國家航天局發(fā)布“祝融號(hào)”火星車攜帶的前避障相機(jī)和后避障相機(jī)拍攝的駛離著陸平臺(tái)過程,這些最新的火星表面影像,讓全世界共同見證:“祝融號(hào)”終于踏上“熒惑”,開啟巡視探測之旅。
“祝融號(hào)”這幾天在忙啥,傳個(gè)圖為何那么久?
早在5月15日,天問一號(hào)任務(wù)著陸巡視器就已成功軟著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū),“祝融號(hào)”火星車建立了對地通信。
不過,直到5月19日,國家航天局才對外發(fā)布我國首次火星探測天問一號(hào)任務(wù)探測器著陸過程兩器分離和著陸后火星車拍攝的影像。圖像中,著陸平臺(tái)和“祝融號(hào)”火星車的駛離坡道、太陽翼、天線等機(jī)構(gòu)展開正常到位。
那么,“祝融號(hào)”這幾天到底在忙啥,所攝火星影像圖為何4天才傳回?國家航天局探月與航天工程中心深空部部長耿言對此進(jìn)行了解讀——
火星與地球的最遠(yuǎn)距離約4億公里,而無線電波是以光速傳播,信號(hào)能量的衰減與傳播距離的平方是成正比的!白H谔(hào)”火星車現(xiàn)在距離地球約3.2億公里,“實(shí)在太遠(yuǎn)了,即使扯著嗓子一直喊,地球也只能收到很少的數(shù)據(jù),慢得不行,只能把最重要的信息傳回來。”
“祝融號(hào)”火星車配置了兩種通信方式,一是直接與地球通信,二是通過天問一號(hào)環(huán)繞器中繼,與地球通信。5月15日當(dāng)天一著陸,“祝融號(hào)”火星車就直接向家人報(bào)告“我已著陸,感覺良好”。
耿言說,這之后,“祝融號(hào)”火星車用隨身攜帶的相機(jī)拍了一些照片。不過要是直接發(fā)回地球,理論上也需要8個(gè)多小時(shí)。由于火星的自轉(zhuǎn),每天“祝融號(hào)”火星車能和地球直接通信的時(shí)間不到半個(gè)小時(shí),所以就舍棄了直接向地球傳輸圖像的功能。
因此,“祝融號(hào)”火星車要等著環(huán)繞器的中繼,后者塊頭大,嗓門也大,向地球傳輸數(shù)據(jù)比“祝融號(hào)”要快得多。5月17日,環(huán)繞器進(jìn)入中繼軌道,隨后和“祝融號(hào)”火星車建立了通信聯(lián)系。
耿言表示,環(huán)繞器環(huán)繞火星一圈是8.2小時(shí),因此它和“祝融號(hào)”很多時(shí)候都是被火星這個(gè)大家伙擋著,所以“祝融號(hào)”要在有中繼的寶貴時(shí)間,先把一些自身狀態(tài)的重要數(shù)據(jù)傳回來,之后再傳圖像。
目前,“祝融號(hào)”正在開展駛離著陸平臺(tái)的準(zhǔn)備工作,將擇機(jī)駛上火星表面,開始巡視探測。后續(xù),它將和環(huán)繞器密切配合,不僅要拍下火星的風(fēng)景,還要用它攜帶的6臺(tái)科學(xué)載荷,對火星進(jìn)行深入探測,把更多的數(shù)據(jù)傳回來給科學(xué)家研究——這可是比拍照更重要的事。
設(shè)計(jì)壽命90個(gè)火星日,如何更好地活下去?
據(jù)中國航天科技集團(tuán)五院火星探測器副總師賈陽介紹,“祝融號(hào)”具有4大主要功能:一是能夠承受整個(gè)任務(wù)過程中的力學(xué)、熱、輻射等空間環(huán)境;二是落火后火星車與進(jìn)入艙配合完成釋放、分離任務(wù);三是在火晝時(shí)完成火面感知、探測、移動(dòng)等工作,在火夜時(shí)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài),也就是“一夜好夢”;四是能夠適應(yīng)火面環(huán)境,具有自主休眠喚醒能力。
他向記者透露:按任務(wù)要求,“祝融號(hào)”擁有90個(gè)火星日(一個(gè)火星日約為一個(gè)地球日——記者注)的設(shè)計(jì)壽命。
“火星距離地球最遠(yuǎn)距離長達(dá)4億公里遠(yuǎn),科研人員無法對登陸火星車進(jìn)行實(shí)時(shí)測控,所以‘祝融號(hào)’基本以自主工作為主!辟Z陽說,按照火星日進(jìn)行工作規(guī)劃,“祝融號(hào)”將進(jìn)行長距離自主移動(dòng),并以中繼通信作為主要遙控、遙測、數(shù)傳手段。
火星表面的環(huán)境極其惡劣。賈陽說,火星大氣表層光照強(qiáng)度大約是月球表面的三分之一;火星大氣吸收太陽光藍(lán)綠光,容易造成光譜紅偏;而火星沙塵沉積將影響太陽電池陣發(fā)電,為此,研制團(tuán)隊(duì)專門針對光照、沙塵等情況,設(shè)計(jì)了蝶形四展太陽翼,配置了特殊的電池等。
他告訴記者,為了應(yīng)對火星表面的沙塵暴天氣,火星車可根據(jù)沙塵天氣的輕重程度自主轉(zhuǎn)入到最小工作模式、休眠模式或喚醒模式。
賈陽說,火星表面氣壓大約是地球大氣的1%,火星表面溫度白天時(shí)最高溫度大約27攝氏度,晚上最低溫度大約零下130攝氏度,為了應(yīng)對火面的低氣壓以及晝夜溫差,研制團(tuán)隊(duì)為火星車配置了兩套集熱器,并采用了納米氣凝膠保溫;此外,還開展了低氣壓放電試驗(yàn)。
“火星表面巖石分布密度大約是月球表面的兩倍,其土壤的物理、力學(xué)特性雖然與月壤類似,但存在因侵蝕導(dǎo)致的表層土壤堅(jiān)硬、里層土壤松軟的情況!辟Z陽說,研制團(tuán)隊(duì)對此采用了主動(dòng)懸架設(shè)計(jì)并開展了內(nèi)場下陷脫困試驗(yàn),通過主動(dòng)懸架構(gòu)型的變化,“祝融號(hào)”可以實(shí)現(xiàn)抬輪和蠕動(dòng),便于車輪下陷后脫困。
他告訴記者,火星表面弱光照、低溫、地火通信嚴(yán)重受限、地面通過性差以及不可預(yù)估的沙塵天氣是阻礙火星車生存及完成巡視探測的主要困難,為闖過這些難關(guān),研制人員開展了自主及故障容限設(shè)計(jì),確保了火星車能夠有效應(yīng)對嚴(yán)酷的環(huán)境和任務(wù)約束。
在火星“爬坡下坎”,都將探測什么?
火星表面地形復(fù)雜,“祝融號(hào)”火星車如何準(zhǔn)確傳遞運(yùn)動(dòng)指令,進(jìn)而靈活行走、“爬坡下坎”?
“這一切離不開火星車移動(dòng)分系統(tǒng)核心傳動(dòng)部件——懸架減速自鎖裝置的支持。沒有它,火星車就如斷線的風(fēng)箏!敝袊教炜乒ぜ瘓F(tuán)所屬航天江南群建精密公司項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人賀志斌說。
這次為“祝融號(hào)”保駕護(hù)航的火星車懸架減速自鎖裝置,由賀志斌所在的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)承擔(dān)研制。
他打了一個(gè)比方:如果將“祝融號(hào)”火星車比作一輛“馬車”,那么懸架減速自鎖裝置就是這架“馬車”忠誠的“馬車夫”。
具體來看,“祝融號(hào)”火星車左右兩側(cè)的懸架上分別裝備了兩種結(jié)構(gòu)精密的懸架減速自鎖裝置,其中夾角調(diào)節(jié)用減速裝置、離合器機(jī)構(gòu)用減速裝置各兩臺(tái)。
這一裝置不僅體型小,而且重量輕,每臺(tái)約重250克。整套傳動(dòng)裝置相互配合,使火星車6個(gè)行走車輪獨(dú)立實(shí)現(xiàn)抬升和降落,實(shí)現(xiàn)車體姿態(tài)和高低調(diào)節(jié),以適應(yīng)火星表面地形地貌,保證爬坡下坎行動(dòng)自如。
賀志斌說,在天問一號(hào)探測器飛往火星7個(gè)多月的漫長旅途中,“祝融號(hào)”火星車懸架減速自鎖裝置要在空間和體積的嚴(yán)格控制下,滿足高強(qiáng)度沖壓、極寒高溫等多方面的苛刻要求。這對產(chǎn)品的材料和性能提出了考驗(yàn)。
賀志斌說,攻關(guān)團(tuán)隊(duì)累計(jì)組織3次大型論證研討會(huì)、內(nèi)部技術(shù)研討會(huì)10余次,開展臺(tái)架跑合試驗(yàn)60余臺(tái)次,開展熱處理工藝驗(yàn)證32爐次,開展低溫環(huán)境模擬試驗(yàn)18爐次,驗(yàn)證潤滑方案5種……終于在項(xiàng)目模樣轉(zhuǎn)初樣階段前探索出了合理的技術(shù)實(shí)施方案。
他告訴記者,在攻關(guān)團(tuán)隊(duì)看來,只有每一道工序都通過有效驗(yàn)證,產(chǎn)品的精度和性能才能做到萬無一失。在熱處理方面,技術(shù)人員通過反復(fù)多次試驗(yàn),找出變形規(guī)律,找到變形最小參數(shù)。為使產(chǎn)品性能達(dá)到要求,一個(gè)產(chǎn)品要進(jìn)行幾十次甚至上百次的試驗(yàn),最終確定工藝方案。
“認(rèn)識(shí)一個(gè)新的事物就是試錯(cuò)的過程,航天卻不給你很多機(jī)會(huì)去試錯(cuò)!辟R志斌說,火星探測任務(wù)的重頭戲之一就是火星表面巡視,這個(gè)過程必須萬無一失。
那么,“祝融號(hào)”到火星表面去探測什么?
長期以來,人們最關(guān)心的是火星上是否存在生命,這成為當(dāng)前火星探測的熱門問題。專家分析,烏托邦平原很可能是火星遠(yuǎn)古海洋的所在地,而“祝融號(hào)”的著陸地點(diǎn),位于古海洋和古陸地的交界處。1976年9月,美國“海盜二號(hào)”火星探測器也曾降落于此,并發(fā)回了霜凍現(xiàn)象的照片。
最新的科學(xué)探測發(fā)現(xiàn),在火星烏托邦平原距離地面1到10米的淺表底層下方有大量地下水冰存在,儲(chǔ)水量相當(dāng)于地球面積最大的淡水湖——蘇必利爾湖。火星地下有水,是否意味著火星存在或存在過生命?是否意味著火星是地球人的未來?這些問題都有待“祝融號(hào)”在烏托邦平原這片神奇之地做進(jìn)一步解答。
賈陽說,“祝融號(hào)”火星車身上的科學(xué)載荷有五大使命,主要涉及火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結(jié)構(gòu)等研究,將給我國帶來火星的第一手資料。其中,與氣象有關(guān)的研究項(xiàng)目將收集有關(guān)溫度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向的大氣數(shù)據(jù),并研究火星的磁場和重力場,這些也將解答大眾對火星的好奇。
現(xiàn)在,“祝融號(hào)”火星車正在火星表面“爬坡下坎”,期待它給人類帶來新的發(fā)現(xiàn)。
中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來源:中國青年報(bào)
2021年05月25日 12 版