科技館里學航天

兩千年前，屈原在長詩《天問》中發出“天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？”的曠世之問，表達了對天地、對自然的思考，對真理的追求與探索。兩千多年后，中國首個火星探測器以“天問一號”命名，搭載著“祝融號”火星車奔赴火星，并通過一次發射，成功實現了火星環繞、著陸和巡視探測三大任務。這場現代科技與傳統文化的跨時空融合，是中國人寫給宇宙的又一封古典情書。

走進中國科學技術館四層的“問鼎太空征途”展廳，可以看到一件叫做“火星探測”的展品，它就是“天問一號”著陸器及“祝融號”火星車1：1 等比例模型。2020 年7 月23 日，“天問一號”火星探測器在我國文昌衛星發射中心成功發射升空，正式拉開了我國行星探測的帷幕。

任何一個火星探測器都不可能一直飛在一條理想的地火轉移軌道上。“天問一號”在奔赴火星的路途中，安排了一次深空機動和多次軌道修正。這次深空機動就像駕車過程中的“拐彎”一樣，改變了“天問一號”的飛行速度和方向；軌道修正就仿佛駕車過程中微調方向盤，使探測器減小飛行偏差，始終沿著預定的軌道飛行，并按計劃準確地被火星引力捕獲。

“天問一號”從進入火星大氣到最終著陸成功，首先需要完成環繞器和著陸器的在軌分離。著陸器在大約9 分鐘的時間里，依次執行升力控制、彈傘開傘、拋大底和背罩、懸停、避障和著陸緩沖等一系列動作，整個過程極其復雜，環環相扣，任何一個環節出現問題，都可能導致著陸失敗。因此，這個驚心動魄的過程也被稱為“恐怖九分鐘”。

2021 年5 月15 日，經過對預選著陸區3 個多月的勘查，“天問一號”著陸器攜帶著火星車成功降落在火星烏托邦平原南部。在這顆紅色星球上，“祝融號”火星車的主要任務是圍繞巡視區的形貌和地質構造特征、表面物質組成、土壤結構與水冰分布、大氣物理特征及表面氣候與環境特征等展開探測研究。下面，我們就結合中國科技館的“火星探測”這件展品，來了解一下“祝融號”火星車是如何完成探測任務的。

“祝融號”火星車搭載了6 臺科學載荷。位于桅桿頂端的導航與地形相機是火星車的“雙眼”，可以拍攝立體影像和高清彩色照片，幫助火星車導航并尋找感興趣的目標；多光譜相機在火星車的“雙眼”之間，它能夠獲取火星地表的形貌特征并進行空間分析，獲得巖石、土壤等物質的可見近紅外光譜數據；表面成分探測儀負責探測和分析火星表面的巖石類型、礦物成分，分析物質的元素組成并獲取探測目標的高空間分辨率圖像。如果想要探測火星土壤之下的物質信息，次表層探測雷達就派上用場啦！它可以隨著火星車移動，持續收集地下雷達信號，探查火星地下100 米以內的地層結構，收集水冰等物質的大小和分布特征。此外，“祝融號”火星車還可以通過火星表面磁場探測儀來觀測火星磁場，通過氣象探測儀長期監測火星車附近的氣溫、氣壓、風速、風向等氣象參數的變化，為科學家了解追溯火星的氣候變化歷史積累數據。

要支撐這么多火星活動，當然離不開火星車的動力來源——太陽能電池板。“祝融號”有4 片像蝴蝶翅膀一樣的電池板，側端兩片、尾端兩片。側端的兩個電池板能夠在日常工作中根據需要隨時調整角度，以最大限度地接受太陽光照射，使火星車獲得更加豐沛的電力供應。

火星上條件惡劣，天氣寒冷且晝夜溫差大，還會爆發威力巨大的沙塵暴。為了保證電力能源的高效利用，“祝融號”的“蝴蝶翅膀”可藏著不少玄機呢！它的表面有一層微結構膜，與蓮葉表面的結構類似，能夠減小火星塵埃與電池板表面的摩擦力，大大降低沙塵附著的可能性；如果太陽能電池板上已經積累了一定厚度的沙塵，它還可以把太陽能板豎起來，使沙塵滑落。“祝融號”車身上還有兩個圓形的薄膜，是它的“溫室”，里面使用的相變保溫材料在白天液化吸收熱量，由固體變為液體，到了晚上又由液體變為固體，在凝固過程中釋放熱量，使“祝融號”在外部環境溫度劇烈變化的情況下仍然能夠維持體溫恒定，讓自身攜帶的各個組件得以更穩定、更長久地工作。

太陽翼的巧妙設計，解決了“祝融號”火星車高效利用能源的問題。此外它還有其他“法寶”來應對火星上的重重困難。例如：面對火星表面復雜的地形、尖銳的石塊，設計師們為“祝融號”準備了獨特的懸掛系統，遇到特定的地形可以把底盤抬高。每個車輪都可以獨立轉向，即便在直線前進的過程中前輪受阻或遇到車輪沉陷，也可以通過原位轉向改變運動方向，像一只小蟲子蠕動一樣輕松脫困。它的兩個后輪上還設計有“中”字，行駛時會在火星表面不斷留下“中”字，目前已經留下了成千上萬個。可見，除了考慮實際應用，“祝融號”火星車還傾注了航天人獨特的浪漫。

中國對火星的探測還有太多值得述說的故事。在中國科學技術館“火星探測”展品的操作臺上，有一個可以轉動的圓盤，將它轉到不同的位置，就能通過對應的視頻了解“探火工程”“奔火之旅”“探秘天問一號”等有關知識，感受中國的火星征途。

洞察火星的奧秘只是我國行星探測的第一站，以此為基礎，未來我們還要邁向更遙遠、更遼闊的星辰大海！