張希波

祝融號:靠什么巡視探測火星
賈陽
截至今年7月30日,祝融號火星車在火星表面已工作75個火星日,當天完成了對第二處沙丘地貌的科學探測。后續,它會利用表面成分探測儀和多光譜相機等科學載荷,對更多目標開展詳細探測。
可以說,人們已了解到“融融”的可愛與敬業。那么,它有哪些技術特色呢?讓我們一探究竟吧。
火星表面地形復雜,既有陡坡、大石塊,也有松軟的沙地。美國火星車在工作過程中,曾遇到難以翻越的沙土質陡坡,也曾陷入沙土中無法移動。祝融號火星車采用了主動懸架移動系統,其目的就是使火星車在復雜的地形條件下,具備較強的通過能力。
在平坦的硬路面上運動時,火星車保持主動懸架機構的主動關節鎖定,此時懸架退化為被動懸架。遇到石塊障礙比較高的情況,可利用主動懸架將車體抬高。在難以通過的軟土沙地,特別是車輪發生較大沉陷無法順利通過時,可采用尺蠖運動方式脫困。
首先,兩個前輪向前運動,中輪和后輪不動,車體高度隨之逐漸降低。然后,前輪不動,中輪、后輪前進,這個過程中車體高度逐漸抬高。接著,再持續重復上述過程。這樣的尺蠖運動方式,運動效率雖然比較低,但沙地脫困效果非常好。
火星表面溫度偏低,在火星車頂部,安裝的像雙筒望遠鏡一樣的設備,叫做集熱窗。窗口有一層薄膜,可見光能順利透過,車體發出的遠紅外線卻無法透出,從而起到保溫效果。
陽光透過集熱窗后,能量被一種叫作正十一烷的物質通過相變方式儲存。火星白天溫度升高,這種物質吸熱融化;到了晚上溫度下降時,這種物質會在凝固的過程中釋放熱能。能量的轉換方式變成了“光能——熱能——相變能——熱能”,效率可達到80%以上。
當前,火星上正值盛夏,祝融號火星車會“感覺”稍稍有點熱。不過,等火星到了秋季之后,收集熱能的這個本領就會顯示出效用了。
在火星表面工作,不可避免地會受到火星塵的影響。最直接的影響,就是導致太陽能電池輸出功率下降。因為火星車工作所需要的電能都來自太陽能,如果電能不足,火星車只能在火星表面“睡覺”。
在夏季,我們觀察荷葉上的水珠,可以發現,荷葉與水間并沒有發生浸潤,荷葉隨風搖曳的過程中,水珠很容易滾落。借鑒自然界荷葉的疏水原理,科研人員在電池蓋片上增加了超疏基微觀結構。這些結構的尺寸比火星塵顆粒的尺寸還要小,當火星塵與之接觸時,就相當于與一個納米級的“針床”接觸,而不是與一個平面接觸。這大大減小了火星塵顆粒與電池片之間的接觸面積,從而減弱了它們之間的附著力,使火星塵不易沉積,即便沉積后也更容易移除。
火星車采用了超疏基電池蓋片,其中兩個太陽翼還可調整到豎直狀態,便于火星塵滑落。
超疏基微觀結構的制備方法有很多種,火星車上采用的是濕化學腐蝕法。測試發現,改進后的太陽能電池片,除塵效果達到了80%以上,特別是對粒徑75~125微米范圍內的塵埃顆粒,除塵效果可達95%。
火星表面也會有局部沙塵天氣,嚴重時甚至蔓延到火星的大部分地區,成為全球性沙塵暴。美國的機遇號火星車在火星表面工作了15年,就是因為一次嚴重的沙塵天氣而中斷了工作。
祝融號火星車如何應對這樣的沙塵天氣呢?研制者們為其設計了自主休眠喚醒功能。就是說,火星車會根據環境變化,自己決定何時“睡覺”何時“起床”。
在火星表面,當風速逐漸升高,出現沙塵天氣時,火星車首先感覺到的是太陽能電池板輸出的電能有些不夠。每當黃昏時,電池的電量都應該是滿滿的,“今天怎么這么少?”火星車趕緊計算明天的工作需要多少電能。如果結論是“差一點”,那么火星車就會減少工作的設備,通過“過緊日子”的方式等到第二天;如果結論是“差很多,不夠今天晚上用的”,那么火星車就會立即休眠,全系統斷電。這時,就需要祝融號火星車“過點苦日子”了。設備的溫度越來越低,最低可達-100℃以下。即便如此也沒辦法,火星車只能在寒冷中“睡覺”。
喚醒有兩個必備條件:一個是等到沙塵天氣過去,陽光越來越強,大氣變得澄凈、透明,火星車太陽翼的發電量可維持正常工作;另一個是火星車關鍵設備的溫度符合工作要求,比如蓄電池可正常充電了。
等條件都滿足了,不需要地面控制,火星車會自己“蘇醒”,繼續工作。
(來源:《解放軍報》2021年8月20日)
【閱讀訓練】
⒈根據選文內容回答標題中涉及的問題。
答:_______________________________
⒉選文是按照什么順序介紹說明對象的?
答:_______________________________
⒊根據文中對祝融號火星車運動方式的說明,給“尺蠖運動”下一個定義。
答:_______________________________
⒋下列對選文內容和寫法的分析,有錯誤的一項是()
A.祝融號火星車可根據不同的地形,采用不同的運動方式。
B.祝融號巡視探測火星表明我國的航天技術已居于世界一流的水平。
C.“設備的溫度越來越低,最低可達-100℃以下”,句中的“以下”不能體現說明文語言準確性的要求。
D.選文主要運用了列數字、打比方、舉例子等說明方法。
隨心變色的“魔術染料”
劉晨
在魔術表演中,魔術師左右手各執一張黑色梅花的撲克牌,兩張牌輕輕一碰,魔術師吹一口“仙氣”,原本的梅花圖案瞬間變成了紅桃圖案。
魔術中撲克牌的顏色變化多端,只是幻影或手法技巧不同。現實中,能隨心變色的生物只有變色龍。但是,隨著“魔術染料”的出現,手機殼、鞋子、車都可以變換顏色和圖案。接下來,就讓我們一起認識一下這奇妙的“魔術染料”。
美國麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室的研究人員模仿變色龍的變色能力,開發出一種可重復使用、完全可逆的“魔術染料”。作為一種混合型光致變色染料,它用漆料分別與品紅、黃色和青色三種光致變色顏料等比例混合,再噴涂到物體上,之后讓物體在紫外線和可見光的照射下改變顏色。
為什么會發生這么神奇的效果呢?我們知道,物體之所以顯示出不同的顏色,是光與物質相互作用之后,光線與視網膜中的視細胞作用效果不同而引起,與光的強弱無關。而一切介質對光均具有吸收、反射、透射三種特性。吸收分一般吸收和選擇吸收。一般吸收指的是在一定波長范圍內,物質對各種波長的光作等能量吸收,而選擇吸收是指物質對某種波長的光吸收顯著,具有選擇性。選擇吸收是物體呈現顏色的主要原因。
不僅單色光能產生顏色,幾種單色光的混合光也可以產生顏色。例如黃色光和藍色光兩種單色光混合可以產生綠色光。這種綠色光與單色綠光,人眼是感覺不出有什么區別的。
我們所知的染料顏色混合都是減法混色。“魔術染料”使用三種具有不同波長的三原色光來分別消除每種原色,從而形成各種顏色的光。
“魔術染料”基于染料的光致變色特性,比如化合物A在受到特定波長的光照射時,發生物理化學反應生成化合物B,其吸收光譜發生變化;在另一波長的光照射下,化合物B恢復到化合物A。
早在1867年,科學家們就發現,黃色的并四苯材料在空氣和光線的照射下會褪色,受熱之后會變回黃色。1952年,科學家又發現了一類叫螺吡喃的化合物,它在光線照射下能夠發生可逆的顏色改變。近年來,中國科學家也合成了100多種有機光致變色材料。
例如日本研究了一種光致變色染料,能使合成纖維織物“染”上周圍景物的顏色,把人的服裝“融”在自然景色中。中國試制的光致變色染料腈綸線,編織成衣料后能隨光源變化轉換色彩。
魔術般的光致變色染料在日常生活中和國防軍事上都能發揮重要的作用。
在日常生活中,不論是手機外殼、鞋子、玩具等小型生活用品的定制,還是汽車、飛機等大型設備的表面裝飾,“魔術染料”都可以滿足。
在國防軍事上,它可以將軍艦、坦克等武器裝備用光致變色染料加以涂敷,其表面在光照下會產生變色,使其與周圍的環境匹配,從而融入大自然中,讓衛星等偵察手段不易發現它們的真面目,達到掩護的目的。
隨著科學技術的進步,相信在不久的將來,光致變色染料會走入千家萬戶,并影響人們的日常生活。也許有一天,一輛邊行駛邊變色的汽車,會與你擦身而過。
(來源:《知識就是力量》2021年第7期)
【閱讀訓練】
⒈作者在第一段描寫魔術師表演撲克牌變色的高超技藝,其用意是什么?
答:_______________________________
⒉選文是從哪些方面介紹說明對象的?
答:_______________________________
⒊簡析下列句中加點詞語的表達作用。
⒋下列對選文內容和寫法的分析理解,有錯誤的一項是()
A.選文的說明對象是光致變色染料,它是一種非常奇妙的染料。
B.這是一篇說明抽象事理的說明文,作者在文中多次運用了舉例子的說明方法。
C.選文是按照邏輯順序和時間順序介紹說明對象的。
D.物體顯示不同顏色與光的強弱無關,與波長有關。
【參考答案】
《祝融號:靠什么巡視探測火星》
⒈祝融號巡視探測火星靠主動懸架移動系統平穩前進,靠集熱窗實現“保暖”,靠在電池蓋片上增加超疏基微觀結構降塵,靠自主休眠喚醒功能應對沙塵暴。
⒉從總到分的邏輯順序。
⒊尺蠖運動就是身體前半部分先運動,然后后半部分再運動,通過身體不斷伸與屈向前行進的一種運動方式。
⒋C。
《隨心變色的“魔術染料”》
⒈①引出說明對象——奇妙的“魔術染料”——光致變色染料。②激發讀者的閱讀興趣。
⒉是從制作工藝原理、發展歷史、廣泛應用等幾個方面介紹光致變色染料。
⒊“主要”,有關事物中最重要的。它說明“選擇吸收”對物體所呈現的顏色起決定性作用,但還有其他一些原因。“主要”一詞重點又全面、準確而客觀地說明了物體呈現顏色的原因,體現了說明文語言準確性的要求。
⒋B。
(作者單位:河北省樂亭一中)