“祝融號”首次火星過冬

紀中展

“祝融號”火星車模擬圖。

近日，“祝融號”將要以冬眠的方式在火星過冬的新聞上了熱搜。因為，它現(xiàn)在所在的區(qū)域，也就是火星上的烏托邦平原已經(jīng)進入了冬季。

祝融是中國上古神話中的火神，“祝融號”寓意點燃中國星際探測的火種，它高1.85米，重240公斤，搭載了雷達系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電力供應(yīng)系統(tǒng)、火星表面成分探測儀等。

2020年7月23日12時41分，長征五號遙四運載火箭搭載“天問一號”火星探測器升空，開啟了它前往火星的征程;2021年2月10日20時50分左右，經(jīng)過200多天，“天問一號”終于停泊進入火星環(huán)繞軌道;去年5月15日8時， “天問一號”著陸器帶著“祝融號”火星巡視車，成功降落火星表面，開始了火星探測任務(wù)。這使我國成為世界上第二個獨立掌握火星著陸巡視探測技術(shù)的國家，也成為唯一一個一次性完成“繞落巡”的國家。

在“祝融號”剛著陸時，火星運行至遠日點附近，太陽直射點在它所在的北半球，正處于夏季。目前，火星運行至近日點附近，太陽直射點在其南半球，“祝融號”所在的地方正在進入冬季。和地球一樣，火星上也有四季之分。火星的軸傾斜是25.19°的軌道平面，因此火星上的1年，相當于地球的686.971天（換算為1.88個地球年），火星各地的每一個季節(jié)大約是地球上的6個月。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，“祝融號”所在區(qū)域正午最高溫度已降至-20攝氏度，夜間環(huán)境溫度低至-100攝氏度以下，可以說進入了火星的寒冬。由于火星自轉(zhuǎn)軸傾角比地球大，這意味著火星到了冬季，陽光射角的傾斜度比地球大，光照減弱的程度也大。同時，火星上還有沙塵暴等極端天氣。由于火星表面是沙海大氣層，十分稀薄，因此容易出現(xiàn)特大風(fēng)暴。

“祝融號”與美國的“勇氣號”“機遇號”火星車一樣，通過太陽能面板獲得電能，為儀器和系統(tǒng)供電的運行提供保障。火星進入冬季后，光照時長進一步縮短，光照強度進一步減弱，沙塵遮擋陽光和太陽能面板，直接影響火星車太陽翼電池陣的發(fā)電能力，使“祝融號”難以繼續(xù)運行。

面對沙塵暴和嚴寒，“祝融號”該如何應(yīng)對在火星的第一個冬季？事實上，“祝融號”在設(shè)計之初就有幾大保護措施：太陽翼的電池片是由一種特殊材料制成，原理類似荷葉，水珠落上就會自然滑落，灰塵落上也很容易被吹散;太陽翼對太陽有定向跟蹤功能，即使在冬季，依舊能最大限度地獲取太陽能;在風(fēng)沙中，火星車可以通過改變工作模式來保存體力、減少能源消耗。

“祝融號”具體如何過冬，還需要參考當下的發(fā)電能力和儲存的電量。首先，通過調(diào)整其太陽翼角度，減少每天的巡視行走時間，盡可能地多發(fā)電、少消耗。其次，找準時機睡眠和喚醒。“祝融號”能夠自主進入休眠模式，即在沒有充足能量時“躺平”。當太陽能面板重新開始工作后，會優(yōu)先給鋰電池加熱，并且通過溫度繼電器來判斷鋰電池的溫度。冬去春來，溫度達到-15攝氏度左右時，溫度繼電器自動閉合，“祝融號”火星車正式喚醒并充電，重新開始工作。

未來，“祝融號”的冬眠和喚醒，將帶來更多火星資訊，這對人類來說更是巨大的進步。