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  朱荣火星车的设计寿命是90火星天。其实早在三个月前,它就已经完成了登陆火星表面以来一般项目所要求的寿命指标。然而,在正式宣布完成既定的探测任务后,朱荣并没有停止自己的脚步。   

  

     

  

  朱荣火星车的单独镜头。   

  

  随后先后经历了火星表面巡视探测第100个火星日、里程突破1000米、孙玲出入境等多个任务节点。截至第174个火星日,朱荣的里程已达1253米。   

  

  那么问题来了,荣在火星表面生存了多久?田文一号探测器系统副总设计师贾洋曾在这个问题上有过经典的凡尔赛。   

  

     

  

  朱荣“回头看”拍摄了进入舱的后盖。   

  

  此前,他在与朱荣火星车的运营团队成员交流时说,我倾向于比你保守一点趁朱荣还有点忙,让他先忙起来。'   

  

  这时,旁边的人开玩笑说,过了两年,过了几年。   

  

  贾洋回答:以后.直到有一天,如果有什么事情发生,当我更能承受的时候,我会挑战一些难度系数更高的动作。   

  

     

  

  朱荣火星车后方避障摄像头成像   

  

  此番对话表明祝融号实际寿命不是以“月”为单位计算,甚至不仅是几年,而可能是十几年,这样看来等到我们火星采样返回任务实施之际,祝融号大概率还在“加班”。至于原先90个火星日设计寿命的指标设定也是基于空间探索高风险因素的国际惯例。   

  

  地面应用系统副主任设计师曾兴国也在朱荣火星车日落期间透露了两个引人注目的数据。他指出,接下来,朱荣将首先到达火星车以南约两公里的区域,在那里将检测到未知的沉积物。之后,我就想去一个南边20公里左右有很多疑似泥火山的地区。   

  

     

  

  巡逻的新目标   

  

  简而言之,2公里是小目标,20公里是大目标。   

  

  NASA的机遇号和勇气号可以算是朱荣的类似火星车。勇气号在大火中存活了6年9个月12天,一生只走了7.73公里。Opportunity存活的时间更长,大约15年走了45.16公里。   

  

     

  

  精神漫游者   

  

  朱荣作为人类部署到地外行星的最先进的太阳能火星车,驾驶性能更加优异,因为它是世界上唯一一款基于“主动悬挂”设计部署地外天体的火星车。具有直线行驶、原地转向、越障、爬坡、曲率行驶、蟹形运动、尺蠖运动、车轮举升等驱动功能。其可操作性处于世界领先水平。它可以在更短的时间内通过复杂的路况摆脱困境,更高的效率意味着它可以在更短的时间内完成既定的检测任务,具体来说,它可以在驾驶方面走得更快更远。   

  

     

  

  朱荣在火星上原地转弯(由单独的相机拍摄)   

  

  然而,即便如此,20公里的大目标也需要几年时间才能实现。那么,朱荣持续巡逻探测的实力在哪里?它真的能在火星表面存活这么久吗?   

  

  近年来,我国航天器的可靠性性能可以说是令人惊叹。例如,嫦娥三号着陆器在月面着陆已近8年,但在长期管理运行模式下仍能正常工作。该探测器是目前人类部署的使用寿命最长的月球表面探测器。   

  

     

  

  嫦娥三号着陆器   

  

  首次在月球背面着陆的嫦娥四号着陆器和玉兔二号月球车发挥了长寿的优势,后者成为部署在月球表面检查探测时间最长的月球车。   

  

     

  

玉兔二号月球车

  

有鉴于此,接下来旨在对月球进行全方位探测的嫦娥七号设计寿命就将瞄准8至10年,设计寿命都这么长,实际寿命呢?这个问题只能留给未来了。

  

  

嫦娥七号任务

  

祝融号所在的火星与月球环境差异性很大,月球表面是高真空,月球车面临的问题是极高温与极低温的交变,以及月夜带来的超低温,火星虽然距离太阳相较于月球更远,但在稀薄大气的作用下温度却是相对改善了一些,但即便如此着陆点也是在零下3摄氏度至零下103摄氏度的温区,热控问题依旧突出。

  

嫦娥三号、嫦娥四号、机遇号、勇气号这些地外天体探测器虽然都是太阳能发电,但它们也都配置了同位素热源辅助热控,反观祝融号是没有的,那么它是如何抵御火星的低温侵蚀呢?

  

  

玉兔二号月球车的同位素热源

  

早在天问一号登陆火星公布的首批影像图中就已经揭晓了答案,在下面这张祝融号火星车使用地形导航相机拍摄的自拍照中展示了车体顶部的一个圆形开口(实际上有两个),它就是火星车的集热窗。

  

  

车身顶部的圆形开口就是集热窗

  

祝融号是一辆将太阳能利用到极致的一辆火星车,比如,为了加强发供电能力专门针对火星环境设计了火星版三结柔性砷化镓电池,然而如果单纯依靠电加热,且不论发电能力是否足够,其热转换效率也是很低的,最多也就是30%至40%的区间,而集热窗技术可以将能量转换效率提升到80%。

  

集热窗原理与蔬菜大棚是一样的,就是尽可能多的吸收光能,又要能留存热能。

  

这就要求这扇窗户具备太阳光谱能量高透过率,以及远红外光谱低透过率,同时窗户又要尽可能地轻质化,设计人员选择了包括钢化玻璃、有机玻璃、石英玻璃在内的很多材料,但这些材料要么是抗拉强度不足,要么是超重,都不行。

  

  

祝融号的两扇天窗“集热窗”

  

最终经过多轮迭代,设计人员跳出“玻璃”的桎梏,基于聚酰亚胺材料设计了一种厚度只有几十微米的薄膜,重量也只有几十克,完美地实现了工程总体设定的重量约束指标。

  

集热窗薄膜张紧靠的是安装框与两根交叉的钢丝,钢丝形成一个向上的力使集热窗形成上凸造型,目的是避免火星尘土在集热窗上的聚积。

  

当太阳光进入集热窗,下面就是填充正十一烷材料的集热器,这种材料的熔点是零下26摄氏度,白天的时候它可以吸热融化,到了夜晚温度降低则逐渐凝固从而实现放热,如此周而复始就能够满足火星车的热能需求。集热器外表面还有高太阳吸收率低红外反射率的热控涂层,其设计目的与集热窗一样,为的也是尽可能多的吸收光能,并留存热能。

  

  

分离相机拍摄的祝融号火星车

  

集热窗技术由于没有太阳能电池这个中间商,将能量的转换方式变成了:光能―热能―相变能―热能,进而实现高达80%的光能利用效率。

  

只解决热能供给问题对于祝融号而言还是不够的,火星由于有大气存在,因此也会形成对流,这一点不像月球上的探测器,所以还需要给火星车穿上一件保暖衣。

  

  

气凝胶隔热材料

  

这件保暖衣与集热窗系统一样,都需要轻质化,同时还要有优异的保温效果。为此设计人员提出使用气凝胶隔热材料,首先它很轻,轻到什么程度?轻到放在花朵上都足以支撑。同时它又有良好的隔热效果,好到什么程度呢?好到用火焰灼烧,放在材料另一面的花朵不会枯萎。

  

有了集热窗+气凝胶隔热材料的保障,祝融号就可以长期保持强健的体魄,进而驶向火星的远方,去探索更多火星的未解之谜。