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為何火星車必須擁有超級大腦
發布時間:2015-12-01

  上個世紀末到本世紀初,美國已經先后成功發射了4輛火星車,即“索杰納號”、“勇氣號”、“機遇號”、“好奇號”。探測車的質量從11.5公斤的微型探測車,發展到約900公斤的中型探測車,最遠的行駛距離已經超過馬拉松比賽的長度。前蘇聯其實也曾經努力將一輛微型的火星車送到火星表面,但沒有成功。目前美國國家航空航天局、歐空局都有火星車發射計劃,它們將利用2018年、2020年附近合適的窗口發射。

  我國航天領域的專家也高度重視火星表面的巡視探測,嫦娥三號探測器系統首席科學家葉培建院士多次建議盡快啟動我國自主的火星探測工程,并闡述了火星探測在科學探索、技術帶動等方面的重要意義。火星探測涉及的技術領域非常多,現就火星車的技術特點簡述如下。

  火星車是一個航天器,但與一般的航天器相比,又有鮮明的特點。根據任務要求,火星車必須具備移動性、環境適應性、自主性和服務性四個特點。

  1、移動性:火星車通過移動擴展了在被探測天體上的探測范圍,解決了著陸點選擇追求安全,與探測目標選擇追求地質特征明顯之間可能存在的矛盾,為科學目標的實現提供了重要手段。

  2、環境適應性:為了實現巡視探測,火星車必須具備環境適應性。除了需要面對普通航天器必須解決的真空、低溫、輻射等環境適應性問題,還需要適應火星表面地形地貌、塵暴、低重力、高低溫、低氣壓等特殊環境,任務實現過程中還需要解決遠距離通訊,以及長時間日凌期間的探測器自主管理問題。

  3、自主性:考慮在火星表面巡視探測的實際條件,克服時延等限制,需要火星車具備較強的環境感知與識別、路徑規劃等能力,具有較強的任務分析、規劃、實現能力。也就是說,要具備確定行駛路線,發現障礙危險的能力。

  4、服務性:火星車的用途就是服務于科學探測目標,攜帶科學儀器對感興趣的目標實施就位探測,努力實現對火星表面類似身臨其境的考察和實地勘探,深化人類對火星的認識。需要探測的項目有很多,比如火星地質演化、地形地貌、礦物成分、磁場、氣溫、氣壓、風速等等。
航天界專家普遍認為,火星車的研制將面臨許多技術挑戰。

  1、火星距離太陽更遠,同樣的面積下太陽光的能量只有月球表面的40%,因此,火星車太陽翼的面積越大越好,為了接收更多的太陽光的能量,火星車的“翅膀”將變得更大、更漂亮,而且“翅膀”的方向還要不斷調整,努力對著太陽的方向。經管火星表面的溫度比月球表面的濕度溫和些,但還必須為火星車穿上一件適合的“棉衣”。

  2、火星有大氣,但是氣壓很低,只有地球表面大氣壓力的1%。在火星的夏季,常常形成塵暴,有點像地面的沙塵天氣。這時候火星車接收的太陽光能量急劇下降,必須為火星車設計一個“休眠”模式,耐心地等待塵暴過去。

  3、火星表面的重力只有地球的38%,但是比月球表面的重力大多了,因此火星車移動的時候,就需要更大的功率,火星車的“筋骨”也必須設計得更強壯才行。

  4、月球車工作的時候,地面很快就能知道車上的狀態,遇到緊急情況,地面控制的指令也可以很快送到。但是火星車的信號傳到地面,最長需要20分鐘,地面的指令又需要20分鐘,火星車才能收到。所以必須為火星車設計“超強大腦”。一般情況下,火星車都要自己處理,只有特別復雜的問題,自己解決不了,才交給地面的“師傅”們解決。

  別看有這么多難題,可是我們的航天工程師都已經有了解決的辦法。“火星巖上火星風,地動天寒卻有情;但等鍱傘凌日落,更盼神器巡游行……”這首詩,深情表達了航天工程師對火星探測工程的期盼。(南山)

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