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为何火星车必须拥有超级大脑
发布时间:2015-12-01

  上个世纪末到本世纪初,美国已经先后成功发射了4辆火星车,即“索杰纳号”、“勇气号”、“机遇号”、“好奇号”。探测车的质量从11.5公斤的微型探测车,发展到约900公斤的中型探测车,最远的行驶距离已经超过马拉松比赛的长度。前苏联其实也曾经努力将一辆微型的火星车送到火星表面,但没有成功。目前美国国家航空航天局、欧空局都有火星车发射计划,它们将利用2018年、2020年附近合适的窗口发射。

  我国航天领域的专家也高度重视火星表面的巡视探测,嫦娥三号探测器系统首席科学家叶培建院士多次建议尽快启动我国自主的火星探测工程,并阐述了火星探测在科学探索、技术带动等方面的重要意义。火星探测涉及的技术领域非常多,现就火星车的技术特点简述如下。

  火星车是一个航天器,但与一般的航天器相比,又有鲜明的特点。根据任务要求,火星车必须具备移动性、环境适应性、自主性和服务性四个特点。

  1、移动性:火星车通过移动扩展了在被探测天体上的探测范围,解决了着陆点选择追求安全,与探测目标选择追求地质特征明显之间可能存在的矛盾,为科学目标的实现提供了重要手段。

  2、环境适应性:为了实现巡视探测,火星车必须具备环境适应性。除了需要面对普通航天器必须解决的真空、低温、辐射等环境适应性问题,还需要适应火星表面地形地貌、尘暴、低重力、高低温、低气压等特殊环境,任务实现过程中还需要解决远距离通讯,以及长时间日凌期间的探测器自主管理问题。

  3、自主性:考虑在火星表面巡视探测的实际条件,克服时延等限制,需要火星车具备较强的环境感知与识别、路径规划等能力,具有较强的任务分析、规划、实现能力。也就是说,要具备确定行驶路线,发现障碍危险的能力。

  4、服务性:火星车的用途就是服务于科学探测目标,携带科学仪器对感兴趣的目标实施就位探测,努力实现对火星表面类似身临其境的考察和实地勘探,深化人类对火星的认识。需要探测的项目有很多,比如火星地质演化、地形地貌、矿物成分、磁场、气温、气压、风速等等。
航天界专家普遍认为,火星车的研制将面临许多技术挑战。

  1、火星距离太阳更远,同样的面积下太阳光的能量只有月球表面的40%,因此,火星车太阳翼的面积越大越好,为了接收更多的太阳光的能量,火星车的“翅膀”将变得更大、更漂亮,而且“翅膀”的方向还要不断调整,努力对着太阳的方向。经管火星表面的温度比月球表面的湿度温和些,但还必须为火星车穿上一件适合的“棉衣”。

  2、火星有大气,但是气压很低,只有地球表面大气压力的1%。在火星的夏季,常常形成尘暴,有点像地面的沙尘天气。这时候火星车接收的太阳光能量急剧下降,必须为火星车设计一个“休眠”模式,耐心地等待尘暴过去。

  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,因此火星车移动的时候,就需要更大的功率,火星车的“筋骨”也必须设计得更强壮才行。

  4、月球车工作的时候,地面很快就能知道车上的状态,遇到紧急情况,地面控制的指令也可以很快送到。但是火星车的信号传到地面,最长需要20分钟,地面的指令又需要20分钟,火星车才能收到。所以必须为火星车设计“超强大脑”。一般情况下,火星车都要自己处理,只有特别复杂的问题,自己解决不了,才交给地面的“师傅”们解决。

  别看有这么多难题,可是我们的航天工程师都已经有了解决的办法。“火星岩上火星风,地动天寒却有情;但等鍱伞凌日落,更盼神器巡游行……”这首诗,深情表达了航天工程师对火星探测工程的期盼。(南山)

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