揭秘“祝融号”火星车：形似蝴蝶 设计寿命90个火星日

资料图：“祝融号”传回火星照片。国家航天局 供图

火星车是在火星登陆并用于火星探测的可移动探测器，是人类发射到火星表面并进行巡视探测的一种“特殊车辆”。“祝融”号火星车看上去像一只美丽的“蓝色闪蝶”，四只翅膀是用于能源供给的太阳能电池板。

上图由火星车前避障相机拍摄，正对火星车前进方向。图中可见坡道机构展开正常;图像上部的两个伸杆为已经展开到位的次表层雷达;前进方向地形清晰。为获知火星车前进方向更大范围的地形信息，避障相机采用大广角镜头，在广角镜头畸变的影响下，远处地平线形成一条弧线。

“祝融”号火星车配备了先进的主动悬架，具有蠕动，抬轮，车体升降等多种运动模式。中国航天科技集团五院火星车总体主任设计师陈百超介绍，配备主动悬架的火星车，不再担心车轮下陷，甚至发生单个车轮故障也不会丧失移动能力。祝融号自主移动能力也非常杰出，相对传统巡视器，最大自主导航速度和自主移动距离均有大幅度的提升。

“祝融”号火星车由结构与机构、移动、天线、热控、供配电等10个分系统组成，具有四大主要功能，一是能够承受整个任务过程中的力学、热、辐射等空间环境；二是落火后火星车与进入舱配合完成释放、分离任务；三是在火昼时完成火面感知、探测、移动等工作，在火夜时进入待机状态，也就是“一夜好梦”；四是能够适应火面环境，具有自主休眠唤醒能力。火星车还配置了导航地形相机、多光谱相机等6种科学载荷，可以进行科学探测；按任务要求，拥有90个火星日的设计寿命。

“为了确保火星探测一次任务完成环绕、着陆和巡视的工程目标，研制团队针对火星独有的光照、沙尘、大气、温度、土壤等特点，量身打造了‘祝融’号火星车。”中国航天科技集团五院火星探测器副总师贾阳说。

众所周知，火星距离地球最远距离长达4亿公里远，科研人员无法对登陆火星的火星车进行实时测控，“祝融”号基本以自主工作为主，按照火星日进行工作规划，进行长距离自主移动，并以中继通信作为主要遥控、遥测、数传手段。火星大气表层光照强度大约是月球表面的三分之一；火星大气吸收太阳光蓝绿光，容易造成光谱红偏；而火星沙尘沉积将影响太阳电池阵发电，为此，研制团队专门针对光照、沙尘等情况，设计了蝶形四展太阳翼，配置了特殊的电池等。

为了应对火星表面的沙尘暴天气，火星车可根据沙尘天气的轻重程度自主转入到最小工作模式、休眠模式或唤醒模式。火星表面气压大约是地球大气的1%，火星表面温度白天时最高温度大约27摄氏度，晚上最低温度大约零下130摄氏度，为了应对火面的低气压以及昼夜温差，研制团队为火星车配置了两套集热器，并采用了纳米气凝胶保温；此外，还开展了低气压放电试验。

上图由环绕器的监视相机拍摄的着陆巡视器分离过程图像。

贾阳表示，火星表面岩石分布密度大约是月球表面的2倍，其土壤的物理、力学特性虽然与月壤类似，但存在侵蚀而导致的表层土壤坚硬、里层土壤松软的情况，对此，研制团队精心采用了主动悬架设计并开展了内场下陷脱困试验，通过主动悬架构型的变化，“祝融号”可以实现抬轮和蠕动，便于车轮下陷后脱困。

火星表面弱光照、低温、地火通信严重受限、地面通过性差以及不可预估的沙尘天气是阻碍火星车生存及完成巡视探测的主要困难，为闯过这些难关，研制人员开展了自主及故障容限设计，确保了火星车能够有效应对严酷的环境和任务约束。

“台上一分钟，台下十年功。”中国航天科技集团五院专家表示，为了让“祝融号”火星车能顺利行驶在火星上，火星探测研制团队开展了成千上万次大大小小的分析、试验，如今“祝融”终于踏上“荧惑”。