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火夜 “祝融號”火星車開始巡視探測之旅，十八般武藝玩轉(zhuǎn)火星

【 火夜|“祝融號”火星車開始巡視探測之旅，十八般武藝玩轉(zhuǎn)火星】【環(huán)球時報-環(huán)球網(wǎng)報道】采訪人員從國家航天局獲悉，根據(jù)遙測數(shù)據(jù)判斷，5月22日10時40分，“祝融號”火星車已安全駛離著陸平臺，到達(dá)火星表面，開始巡視探測。
天問一號任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)是研究火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質(zhì)組成、火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征、火星物理場與內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。
探測器自2020年7月23日發(fā)射以來，在地火轉(zhuǎn)移飛行、環(huán)火軌道運(yùn)行期間，環(huán)繞器配置的中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、礦物光譜分析儀、磁強(qiáng)計(jì)等7臺科學(xué)載荷陸續(xù)開機(jī)探測，獲取科學(xué)數(shù)據(jù)。火面工作期間，火星車將按計(jì)劃開展巡視區(qū)環(huán)境感知、火面移動和科學(xué)探測，通過配置的地形相機(jī)、多光譜相機(jī)、次表層探測雷達(dá)、表面成分探測儀等6臺載荷，對巡視區(qū)開展詳細(xì)探測。同時，中國航天科技集團(tuán)八院抓總研制的環(huán)繞器將運(yùn)行在中繼軌道，為火星車巡視探測提供穩(wěn)定的中繼通信，兼顧開展環(huán)繞探測。
中國航天科技集團(tuán)八院811所承擔(dān)了火星車電源產(chǎn)品的研制任務(wù)，同樣作為月球車電源產(chǎn)品的研制單位，針對火星和月球兩種截然不同的環(huán)境，火星車和月球車電源產(chǎn)品有哪些區(qū)別呢？
火夜 “祝融號”火星車開始巡視探測之旅，十八般武藝玩轉(zhuǎn)火星
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怎樣把控更復(fù)雜的休眠喚醒？
不同于月球，火星上有大氣，當(dāng)大氣運(yùn)動引起的巨大沙塵暴讓火星車受到沙塵的遮蓋時，接收到的太陽光能量急劇下降，這時就必須為火星車設(shè)計(jì)一個“休眠”模式，耐心等待沙塵暴過去。其次，火星上有明顯的四季變化，當(dāng)進(jìn)入火星深秋后，光照強(qiáng)度會持續(xù)減弱，而火星太陽輻照強(qiáng)度僅為月球表面的20%，這時，火星車需要進(jìn)入長期的“冬眠”，直至第二年的春季到來。
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同時，考慮到火星氣候的復(fù)雜性，火晝時鋰離子蓄電池可能會面臨聯(lián)合供電進(jìn)而導(dǎo)致充電量不足的情況，研制人員也為火夜制定了一份休眠喚醒“備份”計(jì)劃：在火晝轉(zhuǎn)火夜前，對鋰離子蓄電池的剩余電量進(jìn)行判讀，當(dāng)蓄電池的剩余電量不足以支撐火星車度過火夜時，火星車轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。如何及時并準(zhǔn)確地判斷鋰離子蓄電池的剩余容量就顯得至關(guān)重要。
鋰離子蓄電池設(shè)計(jì)師王曉銳介紹，目前航天器在軌的鋰離子蓄電池容量判讀方法一般有兩種，安時計(jì)和查表法，“但由于火星光強(qiáng)不足導(dǎo)致蓄電池火晝時不能充滿電，安時計(jì)無法進(jìn)行滿充校準(zhǔn)，累積誤差會越來越大；且地火來回通信至少需要30分鐘，導(dǎo)致查表法不能及時準(zhǔn)確判斷蓄電池剩余容量。為此，我們采用了將安時計(jì)和查表法結(jié)合使用的方式。”
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電源控制器設(shè)計(jì)師陳達(dá)興介紹，“與月球車不同的是，火星車鋰離子蓄電池不具備保溫設(shè)備，若沒有從-90℃的最低溫度恢復(fù)到-15℃的工作溫度，即使喚醒了，也無法正常開展工作。休眠的時候整器會斷電，至于什么時候再喚醒，我們需要先參考鋰離子蓄電池的溫度。”
研制人員給鋰離子蓄電池增加了溫度繼電器，用來判斷鋰離子蓄電池的溫度。當(dāng)太陽電池重新開始工作后，優(yōu)先給鋰離子蓄電池加熱，待加到-15℃左右，溫度繼電器自動閉合，火星車真正喚醒。
深空探測任務(wù)中，航天器唯一的能量來源，就是太陽的能量。在火星車上，有四塊“特別訂制”的太陽能電池陣，為了順利完成此次火星車的預(yù)定任務(wù)，它們經(jīng)歷了一段不平凡的研制歷程。
如果說月球巨大的晝夜溫差是研制人員面臨的最大難題，那火星上的未知光譜更讓811所研制人員頭疼。
通過查閱大量的文獻(xiàn)資料、對火星光譜仿真、與國際的相關(guān)資料比對分析，研制人員確定了火星光譜條件，奠定了研制工作的基礎(chǔ)。
火星表面的光譜與地球軌道、月球軌道的光譜不同，這就意味著火星車太陽電池的“與眾不同”。研制人員對太陽電池進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，根據(jù)火星的光譜作了相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。但受火星車自身體積重量限制，以及火星表面光照條件、火星塵埃等自然環(huán)境條件影響，太陽電池陣的發(fā)電能力被大大削弱，該如何解決這一問題？
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研制人員創(chuàng)新性地在火星探測任務(wù)上首次使用了最大功率跟蹤技術(shù)，這也是該技術(shù)在國內(nèi)航天領(lǐng)域的首次在軌應(yīng)用，陳達(dá)興告知：“跟蹤精度高達(dá)98%，相比傳統(tǒng)電路，提高了太陽電池20%的利用效率，既解決了火星車能源緊張問題，也在減少太陽電池陣面積的同時減輕了電源產(chǎn)品的重量。”

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