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美國火星車能運(yùn)行11年,為何祝融號只有1年?其實是最合理的安排

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目前,火星的北半球剛過了秋分,這意味著我國的祝融號火星車過了最后的喚醒期限,祝融號并沒有像預(yù)期那樣蘇醒過來,這樣它將很有可能再也醒不過來了。祝融號在火星上運(yùn)行了368個地球日,差不多一年的時間,總行駛距離為1.921公里。

與此同時,比祝融號早將近3個月登陸火星的美國宇航局(NASA)毅力號火星車,如今還在火星上行駛,它已經(jīng)運(yùn)行了1069個地球日,即兩年11個月的時間,累計行駛了23.73公里。

在火星表面上,NASA還有一輛火星車在運(yùn)行,這就是11多年前登陸火星的好奇號火星車,其總運(yùn)行時間達(dá)到了4187天,總行駛距離可達(dá) 31.13公里。更早一輛火星車機(jī)遇號則運(yùn)行了長達(dá)5251天,即14年4個月,累計行駛45.16公里。

相比之下,NASA這幾輛火星車都要比祝融號運(yùn)行得更久。那么,為什么祝融號只能運(yùn)行一年的時間,而美國火星車都能運(yùn)行數(shù)年呢?

首先,對于我國而言,祝融號能夠成功在火星上軟著陸,就已經(jīng)是一個巨大的成功,因為火星登陸任務(wù)難度極高。

美國的火星探測始于1964年,當(dāng)時水手4號在將近一萬公里之外飛掠火星。1971年,NASA把水手9號首次送入環(huán)火星軌道。1976年,海盜1號登陸火星,這是一個固定平臺。1997年,旅行者號成功登陸火星,這是NASA第一輛在火星上漫游的火星車。從開始探測火星到送火星車上去,NASA用了33年的時間。

在人類航天史上,真正能夠安全著陸火星的探測器只有一半。我國的第一次火星探測任務(wù)——天問一號,不僅包含了繞火星飛行的軌道器,而且還包含了著陸器和祝融號火星車,我們要直接挑戰(zhàn)超高難度的火星登陸。

登陸火星先要面臨通信延遲的挑戰(zhàn)?;鹦桥c地球之間的平均距離可達(dá)2.25億公里,即便無線電信號以光速傳播,仍然存在著十幾分鐘的信號延遲。因此,地球上的控制中心無法實時控制探測器在火星降落,只能由其自主著陸。

其次,火星大氣給著陸帶來了巨大的麻煩。雖然火星大氣比地球更加稀薄很多,但仍然足夠厚,會對下降的著陸器產(chǎn)生阻力,這是著陸器必須克服的。不僅如此,火星大氣成分隨著高度下降不斷變化,這使得著陸器的降落過程變得更為復(fù)雜。

由于信號傳輸?shù)难舆t,地球上的控制中心無法實時監(jiān)控和調(diào)整,所以著陸器進(jìn)入火星大氣層后,就需要獨(dú)自面對“恐怖7分鐘”。在這7分鐘的時間里,著陸器必須減速、對抗大氣阻力、選定著陸點(diǎn)、打開降落傘、懸停著陸等一系列關(guān)鍵步驟。一半沒有安全著陸火星表面的探測器,都是倒在“恐怖7分鐘”階段。

我國第一次開展火星探測,就實現(xiàn)了探測器的著陸和火星車的漫游,這已經(jīng)是一個偉大的壯舉。作為首次探火任務(wù),祝融號的設(shè)計壽命被定為92天,即3個月左右。中國行星探測工程總設(shè)計師張榮橋表示,這其實是最為合理的安排。

祝融號無法直接把數(shù)據(jù)傳回地球,而是需要經(jīng)由火星軌道上的環(huán)繞器提供中繼通信,才能把探測到的大量數(shù)據(jù)傳回地球。我國是第一次去火星,只有一個環(huán)繞器提供中繼通信,而環(huán)繞器本身還要開展對火星全貌成像的艱巨任務(wù),所以祝融號被設(shè)計在3個月內(nèi)完成各項預(yù)定探測任務(wù),讓環(huán)繞器有足夠的時間開展觀測任務(wù)。

祝融號的實際運(yùn)行時間是一年左右,所以已經(jīng)大大超越了設(shè)計壽命,超期完成任務(wù),整個任務(wù)是非常成功的,這畢竟是我們的第一次火星任務(wù)。而NASA已經(jīng)多次探測過火星,積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗,他們在設(shè)計火星車時更能針對火星環(huán)境來進(jìn)行調(diào)整。

在動力來源方面,我國的祝融號和美國的機(jī)遇號都是采用太陽能電池;美國的好奇號和毅力號則都配備了放射性同位素?zé)崮馨l(fā)電機(jī),這種核能可以為火星車在夜間、冬季或沙塵暴天氣時提供穩(wěn)定的電源,使其運(yùn)行更長時間。

由于火星上時常會出現(xiàn)沙塵暴天氣,有時甚至是全球性的,所以祝融號太陽能電池板會被沙塵覆蓋,導(dǎo)致發(fā)電量下降。而且在寒冷的火星冬季,光照不足也會影響太陽能電池板發(fā)電。

NASA的火星勘測軌道飛行器(MRO)拍攝到了火星表面上的祝融號,至少從2022年9月開始,祝融號就陷入一動不動的狀態(tài)。我國航天人員希望在火星夏季時,把祝融號喚醒。但直到2023年12月,火星北半球過完了夏季,也沒能喚醒祝融號。

如今,最后喚醒期限已過,祝融號也許是時候跟我們說再見了……

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