<delect id="zlr3r"></delect>

    <delect id="zlr3r"></delect>

    <b id="zlr3r"></b><form id="zlr3r"><output id="zlr3r"></output></form><big id="zlr3r"><strike id="zlr3r"></strike></big>

          <output id="zlr3r"></output>

                <thead id="zlr3r"><output id="zlr3r"><noframes id="zlr3r">
                手機看中經經濟日報微信中經網微信
                當前位置     首頁 > 新聞 > 科教更多新聞 > 正文
                中經搜索

                祝融號:靠什么巡視探測火星 有哪些技術特色?

                2021年08月20日 07:53   來源:解放軍報   賈陽

                  ■賈 陽

                  2020年發射窗口,中國的祝融號和美國的毅力號火星車同時出發,目前均在火星表面開展探測活動。我國由此成為第二個在火星上開展巡視探測的國家,也是唯一一個同時開展月球和火星巡視探測的國家。

                  祝融號火星車到達火星表面后,有關部門發布了火星車拍攝的照片,引起人們廣泛關注。特別是看到利用WiFi分離探頭從第三方視角拍攝的火星車與著陸平臺的合影時,大家紛紛點贊祝融號火星車,并把這張圖片稱作“融融拍了拍陸陸”。

                  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。

                  我們的設計定位為“二代半”

                  設計火星車之初,有國外專家問起中國第一輛火星車的設計定位。對于這個問題,我們給出的答復是:美國利用25年先后發展了三代火星車,單從重量的角度看,分別為第一代的10千克級別、第二代的100千克級別和第三代的1000千克級別,各方面的能力也隨之不斷提升。我們的祝融號火星車重量為240千克,僅從重量看,它屬于第二代。

                  隨著技術發展,我們的祝融號火星車設計定位是“二代半”。這個多出的“半代”,主要體現在火面移動、生存、自主技術等方面的先進性上。

                  主動懸架啥地形都不怕

                  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。

                  靠集熱窗實現“保暖”

                  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,叫作集熱窗。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;鹦前滋鞙囟壬,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。

                  太陽能電池片像荷葉疏水一樣除塵

                  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特征尺寸還要小,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%。

                  由自己決定何時“睡覺”何時“起床”

                  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”。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。

                  圖像壓縮算法一展強大功能

                  對陌生環境進行探索,圖像信息無疑是最直觀也是最核心的信息。圖像信息中含有相當多的時間和空間冗余,因此圖像信息的數據量非常大。

                  火星車執行任務的前3個月,火星與地球之間距離為3.2~3.8億千米,從火星到地球的通信鏈路帶寬受到很大限制,在深空數據源端對圖像進行壓縮,無疑是提高信息回傳效率的必由之路。深空探測器資源寶貴而有限,火星車的數據處理能力不會像地面計算機這樣強大。因此,需要根據火星探測任務的應用需求,統一考慮圖像數據的壓縮及傳輸兩個環節,設計最優的圖像數據壓縮及傳輸方案。

                  針對火星探測任務中圖像壓縮處理需求,科研人員專門為祝融號火星車設計了圖像壓縮算法,實現了多種相機數據存儲管理、圖像壓縮比靈活控制、質量漸進性傳輸、感興趣區域優先編碼、抗誤碼擴散和圖像縮略圖生成下傳等功能,滿足了火星車可靠、高效、靈活的圖像應用需求。

                  (作者系中國空間技術研究院研究員)

                (責任編輯:孫丹)