美国宇航局(NASA)的火星勘测轨道飞行器(MRO)拍摄到的照片显示,从去年9月开始到今年2月,中国火星车祝融号已连续5个月待在原地不动。而登陆火星已有11年的NASA好奇号火星车却还在工作,与祝融号同时期登陆的毅力号也在运行中。那么,祝融号究竟出了什么事情?为什么美国的火星车可以运行这么久?
2020年夏天,两年一度的火星探测窗口打开,人类开启了新一轮的火星探测热潮。先是阿联酋的希望号点火升空,然后是我国的天问一号开启奔火之旅,紧随其后的是NASA的毅力号。
经过6个半月的飞行,三个探测器先后抵达火星轨道。希望号是轨道器,它没有登陆火星。天问一号则是由环绕器和着陆巡视器组合体构成,环绕器在火星轨道上运行,着巡组合体登陆火星。毅力号是一辆火星车,直接登陆火星。
在NASA毅力号成功火星将近3个月之后,我国的天问一号着陆器成功在火星表面着陆,祝融号火星车随后踏上火星地表。虽然我们晚了一些登陆,但我们创造了记录,第一次进行火星探测,就成功把火星车送上火星表面。放眼全世界,除了中国之外,就连包括美国在内当年都没有做到。
火星表面被一层薄薄的大气层覆盖,这给探测器着陆带来了巨大的挑战。再加上火星到地球的距离至少为几千万公里,通信存在几分钟到几十分钟的延迟,所以着陆火星完全要靠探测器自主进行。
登陆火星的任务十分凶险,需要面临“死亡7分钟”的严峻考验,有超过一半的火星登陆任务以失败告终。因此,我国一次性成功登陆火星无疑是世界航天史上的一大壮举。
在踏上火星后,祝融号开始了一系列的预定探测任务,传回了大量的探测数据。按照设计寿命,祝融号只要在火星上运行三个月,就算圆满完成任务了。事实上,祝融号在火星上正常运行了一年多的时间,远超预期寿命。
由于火星的自转轴倾斜了25度,略大于地球自转轴的倾斜角度,所以随着火星绕太阳公转,火星上也会出现明显的四季更替。不过,火星离太阳较远,公转一圈需要将近1.9年,所以火星上的每个季节时长差不多是地球上的两倍。
祝融号登陆的地方位于火星北半球,纬度为北纬25度,差不多是北回归线附近,这里属于过渡性“温带”气候。在2022年5月初,祝融号迎来在火星上的第一个冬季,同时还有一场即将到来的巨大沙尘暴。
祝融号的电力来自于四块太阳能电池板,但冬季能接收到的太阳辐射大幅下降,而且沙尘暴阻挡太阳光,再加上那里的气温最低可以低至零下100℃,为了应对这些恶劣天气,祝融号切换到休眠模式。
按照计划,在当年12月前后进入春季之时,祝融号将获得足够电力,从休眠中复苏过来。按照预设程序,当发电功率达到140瓦,并且关键部件加热到零下15℃时,祝融号就会自主苏醒,开始运行。
然而,祝融号并没有如预期那样复苏过来。NASA的照片显示,祝融号在今年2月仍然是一动不动。原因可能是此次沙尘暴非常严重,祝融号的太阳能电池板被大量沙尘覆盖,导致没有足够的电力来重启。虽然祝融号的太阳能电池板可以通过翻转来抖落灰尘,但这种清洁功能需要祝融号先恢复运行。
根据祝融号雷达数据团队科学家、澳门科技大学副教授徐懿,需要等到火星夏季,气温升高,祝融号接收到更多的太阳辐射,让电池充满电,火星车将有望恢复正常运行。
至于NASA的好奇号能够运行长达11年、毅力号能运行两年多的原因在于,它们的电力来源都不是太阳能,而是核能。这两台火星车都携带了一台放射性同位素热能发电机,可以让它们长时间在火星上运行下去,不受太阳辐射变化的影响。NASA的旅行者1号当年也携带了这种核电池,即便它已飞了45年,如今远在238亿公里外,核电池仍能提供电力,使其与地球进行通信。
总之,我国的首次火星探测任务已经取得巨大成功,不能要求再多。相信在未来的火星探测任务上,我们也会用上核电池。要知道,我国的核电推进技术已经取得重大进展,把核裂变反应产生的能量转化为电能,电功率输出可达百千瓦级,在未来深空探测任务中大有可为。
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