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輪子 祝融踏上火星表面，中國火神如何巡視火星？

2021年5月22日，根據(jù)遙測數(shù)據(jù)判斷，“祝融號”火星車已安全駛離著陸平臺，到達火星表面！火星車開始巡視探測火星表面，通過配置的地形相機、多光譜相機、次表層探測雷達、表面成分探測儀等6臺載荷，對巡視區(qū)開展詳細探測。
這是一個歷史性成就，意味著我國首次火星探測任務天問一號就挑戰(zhàn)“繞、著、巡”三大工程目標，基本取得了成功。隨著研究數(shù)據(jù)和成果不斷積累，五大科學研究目標也正在進展中。
一、突破“巡”的意義極大
人類探索火星60年，主要包括四大任務類型，天問一號的任務是復雜度最高的一次。
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人類目前有四種火星探測任務示意圖
四大火星探索任務類型主要包括飛掠、環(huán)繞、著陸和巡視。
飛掠：火星遠處飛掠，“一晃而過”。航天技術尚不成熟時沒辦法，不能剎車入軌。
環(huán)繞：環(huán)繞器通過制動減速進入環(huán)繞火星軌道。能長期環(huán)繞火星進行觀測，為著陸任務中繼信號，連接地球和火星的“燈塔”。
著陸：直達火星表面，去詳細研究火星表面情況，但是無法自由移動始終是一個的硬傷。
巡視：會動，探測不同的地方，就是最大的優(yōu)勢。但顯然它不能獨立實現(xiàn)，必須依托于環(huán)繞器和著陸器/著陸系統(tǒng)的幫助才能抵達火星表面順利工作。
可以說，巡視任務需要大量的火星研究基礎，工程方面和科學方面要求都極高，也代表著火星探測最高難度。
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著陸器和巡視器要降落效果模擬圖（圖片來源：國家航天局）
在實際情況下，會分開執(zhí)行環(huán)繞、著陸、巡視任務，一步一個腳印，前一步為后一步積累基礎。即使這樣，人類探測火星的成功率僅一半左右。
而天問一號，一次同時實現(xiàn)了“環(huán)繞”、“著陸”和“巡視”3項任務，“繞著巡”一步到位！非常了不起！困難程度不言而喻。且祝融號重達240千克，這可不是一個小家伙。可以說天問一號是人類探測火星工程技術復雜度之最。
在我個人看來：本來天問一號能實現(xiàn)“繞”就已經(jīng)是了不起的成就，能實現(xiàn)“著”就已經(jīng)賺大了，而能實現(xiàn)“巡”就著實是極其了不起的成就！血賺！
二、怎么才能“巡”起來？
毫無疑問，會動是祝融號最大的優(yōu)勢，攜帶著科研儀器動起來！但這并不容易，需要解決一系列能源、動力、科研設備使用等問題。
抵達火星表面后，著陸器放出導軌，祝融號開機，在經(jīng)歷數(shù)天能量積累后，最終走出“溫室”、依靠自身能力獨立生存。這就是今天的成就。
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祝融號的外觀結構（圖源見水印）
祝融號依靠太陽能進行工作，但火星的太陽能遠不如地球，它使用了4片三結砷化鎵“蝴蝶型”太陽能電池陣列，確保能量。通過防塵涂層技術，祝融號可以通過抬起太陽能帆板的方式讓沙塵下落，抗沙塵能力大幅提高。
對于火星劇烈的晝夜溫差和夜間沒有太陽能問題，只能是白天工作，夜晚休眠，利用蓄電池、僅保持通信等核心功能。祝融號采用了納米級氣凝膠和正十一烷集熱窗等技術，做好夜間保溫。
火星地形地貌復雜，砂石沙塵很多，是火星車行駛過程中的巨大挑戰(zhàn)。“勇氣號”火星車就由于陷入沙坑、輪子故障，最終被困到壽命結束。逐漸殘破的輪子，也是威脅“好奇號”火星車任務隨時結束的重大原因。
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好奇號破損的輪子顯示出火星表面“路況復雜”（圖源：NASA）
由于技術后發(fā)優(yōu)勢和玉兔/玉兔二號的技術積累，祝融號的機動能力經(jīng)過了非常復雜的設計。首先，它采用可升降的主動懸架結構，多維度能夠自由轉向。每個輪子獨立驅動，數(shù)個輪子懸空時還能移動。極端情況下祝融號還能“蠕動”、“蟹行”和“踮腳”等操作，仿佛智能機器人。
任務使命也決定了它沒必要“飆車”，而會緩慢行駛，在工程相機等保障下以厘米/秒級速度運行，確保任務一切順利。
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著陸火星后的祝融號藝術效果圖（圖源：國家航天局）
三、“巡”什么？
祝融號不是上去玩的，這個中國火神，需要詳細研究火星的科學課題。它共有6個科學儀器。
第一，導航地形相機。再多數(shù)據(jù)都不如拍照“斗圖”有說服力，無數(shù)網(wǎng)友也都在等待各種圖片。它的導航地形相機已經(jīng)給出了火星“華麗的荒涼”照片。

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