技術真不如NASA毅力號?祝融號或可能失聯數月!為何毅力號不會?

2022年5月6日,中國青年網在線刊發了一篇文章,標題是《“祝融號”火星車準備越冬 環繞器持續開展環繞探測》,看起來似乎沒有什麽特別的含義,但文章中卻有兩個意思:

  • 火星將會進入一個非常漫長的冬季

  • 祝融號將在接下來1-2個月內某個時間失聯

而且失聯時間可能會高達半年,這讓大家有些不能接受,然而更讓人好奇的是NASA的毅力號卻不會,技術真不如毅力號火星車?為什麽會這樣?

图片alt

為何火星冬季會讓祝融號失聯?

在這個話題中有個非常有趣的問題,火星這個荒涼無比的星球還分什麽冬季?其實火星不僅有冬季,它還有春夏秋,因為它在太陽系里是和地球最相似的星球!

图片alt

火星是太陽系四顆岩石質行星中距離太陽最遠的行星,與太陽的平均距離為2.28億千米,大約為日地距離的1.5倍以上,其直徑為6778千米,差不多只有地球直徑的一半。自轉周期則為24.6229小時,每天只比地球多出40分鐘,因此去火星不必“倒時差”。

图片alt

然而另一個與地球四季更相似的則是火星自轉軸也是歪的,其傾角達到了25.19°,比地球的23.44°還要大一些,因此火星的四季比地球應該更明顯。

图片alt

不過火星大氣層極其稀薄,其錶面的平均大氣壓只有600Pa,是地球海平面標準氣壓(101kPa)的0.6%,就這麽點大氣,95.32%都是二氧化碳,只有0.13%的氧氣,所以火星錶面是無法存在液態水的,因為很快就會沸騰蒸發,也無法直接提供呼吸,所以火星錶面看起來就像《火星救援》中永遠都是黃沙漫漫一片。

图片alt

祝融號在哪裡,為何冬季會失聯?

其實早在3月25日,中新網就曾報道過,火星北半球真進入秋季,火星沙塵暴多發,祝融號將進入“花式”睡眠期,未來可能“隨時失聯”。

图片alt

祝融號降落的位置是火星北半球的烏托邦平原,其精確坐標為火星東經109.925°,北緯25.066°,其緯度大約和地球上的廣西桂林差不多,不過由於火星傾角比較大,因此這個緯度假如和地球上對比的話,應該更北一些。

图片alt

祝融號

祝融號火星車是我國天問一號任務中着陸火星的巡視車,於2020年7月23日發射,2021年2月10日入軌,5月15日成功着陸於火星,這是我國第一次火星探測任務,也是全球第一次探測火星就完成繞、落、巡任務的國家。

图片alt

祝融號攜帶了火星探測器穿透雷達( RoPer )、火星探測器磁力計( RoMAG )、火星氣候站( MCS )、火星錶面化合物探測器( MarSCoDe )、多光譜相機( MSCam )與導航和地形相機(NaTeCam)。

图片alt

這些儀器設備的電力來源就是祝融號攜帶的太陽能電池,由於火星晝夜溫差比較大,白天可以達到十幾度,但夜間可以低至-100℃,因此祝融火星車必須保溫,否則就會被“凍死”,火星車的太陽能電池除了用來供電,還需要給火星車保溫。

图片alt

不過祝融號攜帶了10個正十一烷罐在白天吸收太陽的熱量,夜間慢慢釋放以提供保溫,除了主動保溫措施外還有被動防止熱量流失的措施:“氣凝膠+CO 2隔離”,減少熱傳導、隔離輻射熱泄漏、“消除”客艙內對流等方式減少熱泄漏,確保儀器艙內設備工作的最佳溫度。

图片alt

但目前祝融號降落地已經進入冬季,白天的氣溫已經低至-20℃,夜晚更是低至-100℃以下,而且火星軌道上的平均太陽輻射強度約為地球附近的43%,火星的冬季和地球有些類似但更為極端:

  • 1、大氣稀薄氣溫流失更明顯

  • 2、火星沙塵暴

  • 3、火星北半球冬季還處在遠日點

地球上有大氣圈和水圈的保溫,因此地球上的平均溫度才能達到15℃左右,據WIKI資料,要是沒有大氣圈和水圈的保溫效果,地球錶面平均溫度會是18℃左右,所以火星薄薄的大氣層保溫效果很差。

图片alt

機遇號之死

另一個必須要瞭解的是火星沙塵暴強度還挺大,而且多年來火星沙塵暴的開始時間都是在5~6月份左右,NASA的火星探測車“機遇號”就“死”在了2018年6月份開始的一場超級沙塵暴:

图片alt沙塵暴後的火星

2018年6月份,機遇號登陸地“鷹撞擊坑”所在的子午線高原上開始出現局部沙塵暴,機遇號火星車是一輛於2004年1月25日登陸火星的探測車,其原本設計運行時間是90個地球日,但其一直工作到了2018年,其使用的是太陽能電池,已經大幅度衰減。

图片alt

由於此次沙塵暴發展速度比較快,機遇號控制工作小組有些始料未及,等準備儲備太陽能捱過這個沙塵暴季,已然來不及了,因為這次沙塵暴整整持續了將近3個月,從6月11日機遇號開始休眠開始到9月上旬才漸漸消停。

图片alt機遇號的最後一張照片

但機遇號再也沒有被喚醒,連續工作了十幾年的機遇號死在了這個沙塵季!除了老舊以外,太陽能電池被沙塵覆蓋無法清理可能是另一個重大原因。

图片alt

祝融號為了應對沙塵還做過一番設計,811所火星車太陽電池設計師王文強介紹,其太陽能電池錶面有塗層不容易沾上灰塵,另外據此前的數據對比,“祝融號”的電流衰降率為2%至3%,遠遠低於國外火星車6%至9%的衰減率。

图片alt

而且在太陽能電池上還有“抖動”裝置,避免沙塵在太陽能電池上累積影響工作效率,不過如此這般之後,在火星的冬季,祝融號仍然還得以休眠度日,因為火星的冬季除了上述這些問題外,還有一個遠日點的問題。

图片alt

火星軌道的偏心率(0.093)要比地球(0.0167)略大一些,因此火星的遠日點和近日點輻射差異要比地球差距更大,目前火星剛過遠日點,但北半球卻正進入冬季,太陽大約在7月中下旬到達南迴歸線附近。

图片alt

遠日點加上北半球冬季,是的接收到的太陽輻射大幅降低,再有沙塵暴威脅,祝融號的冬季真不好過,除了休眠休息,還真沒有特別好的辦法,為了安全度過火星寒冬、沙塵暴等極端天氣,“祝融號”火星車設計了自主休眠等工作模式,在能源降低到一定程度後會自動進入休眠模式,等到環境條件逐漸轉好後,再恢復正常工作模式。

图片alt

因此未來可能在某個時刻祝融號就可能會失聯,而火星的一年大約是687天,相當於地球的2年不到點,一個火星冬季差不多是地球冬季的2倍,所以祝融號失聯半年還真是有可能的,不過我們希望這次火星沙塵季影響小一些,祝融號也可以多出來溜達幾下。

為什麽“毅力號”不會失聯?

機遇號和祝融號用的都是太陽能電池,冬季或者沙塵來臨自己都得知難而退,但毅力號用的卻是核動力,它擁有一個“巨大的”核電池!

图片alt

毅力號NASA的Mars 2000任務中的火星車,2020年7月30日發射,於2021年2月18日登陸於火星Jezero隕石坑,迄今為止已經工作了一年多。

图片alt

毅力號的車身基於成熟的好奇號火星車而來,總重量為1.025噸,和一輛緊湊型轎車差不多,車身屁股後面有一個巨大的“多任務放射性同位素熱電發電機 (MMRTG)”,利用鈈238自然放射性衰變產生的熱量產生約110 W的電力,其持續供電能力長達14年。

图片alt

毅力號也怕沙塵,但它不再擔心太陽能電池被沙塵覆蓋,因為它根本就沒太陽能電池!不過在沙塵暴肆虐之時也得乖乖地趴窩,畢竟當導航攝像頭看不清前方路況時也沒必要在火星上瞎逛,這台車造價可是很高,萬一卡在了某個石頭縫里那就罪過了。

图片alt

從先進性上而言,祝融號確實和毅力號有些差距,則從兩者裝載的儀器設備就能看出,祝融號攜帶的設備還比較初級,而毅力號攜帶的設備則包括X射線岩石化學行星儀(PIXL)、火星地下實驗雷達成像儀(RIMFAX)、火星環境動態分析儀(MEDA)、火星氧氣原位資源利用實驗(MOXIE)、超級相機(SuperCam)、Mastcam-Z相機和拉曼熒光光譜儀(SHERLOC)等。

图片alt兩者與人體比例對比

毅力號正是NASA幾十年火星探測的集大成者,火星車平臺也是從優秀的好奇號火星車改進設計而來!不過各位千萬別氣餒,畢竟祝融號是我國第一臺火星車,首次就登陸火星就完成繞落巡的國家也只有中國,第一步就是一大步,成功就表明瞭一切!

延伸閱讀:火星年

目前是大流士火星歷28年16月23日,為什麽是28年呢?火星元年又是怎麽算的呢?這還真有個說法:

图片alt

火星二號探測器着陸的那年反推回來的火星年第一天,就是1970年4月28日,那麽現在是啥時候啥月份呢?根據火星歷對應下表即可查出對應的火星季節:

图片alt

目前火星已經是立冬月,未來還有小雪月、大雪月、冬至月、小寒月、大寒月!不過火星月和地球又有些不一樣:

火星歷將每年分為二十四個火星月,按照每六個火星月一組分為四組,每組的前五個月有二十八個火星日,第六個月只有二十七個火星日,每年最後一個月在閏年會多包含閏日,即在閏年會有二十八天。

是不是有些搞腦子?不用去死記硬背,咱也不在火星上生活,只有那些控制火星車的科學家團隊才需要時時刻刻瞭解火星的狀況,咱這些吃瓜群眾,知道查火星歷就不錯了。