“祝融号”设计师硬核科普：如何设计一辆漂亮的火星车？

今天是太空与您相伴的【第1299期】
前两天火星打工人“祝融号”又更新了新的工作成果，截至11月8日，它已经在火星表面工作了174个火星日，累计行驶1253米，而且各项工况正常。可见，“祝融号”不仅长得萌，功能也很强大呢！
那么，一辆外观漂亮、性能优良的火星车是如何设计出来的呢？一起来听听“祝融号”设计师贾阳先生的介绍吧。
贾阳 中国空间技术研究院总体部研究员
“探索火星的意义在于为人类增加一个视角，从这个视角看火星、看地球、看太阳系，甚至整个宇宙，包括审视人类自身。”
做一辆漂亮的火星车

“天问一号”探测器
“天问一号”探测器分为上下两层，下层是环绕探测器，只在火星轨道上飞，不会落到火星表面上去；像飞碟一样的上层，才会真正进入到火星大气层，然后着陆火星表面。降落过程中，探测器下方呈弧形的大底和上方的背罩都被抛掉了，稳稳落下来的是中间的着陆平台和火星车。
“祝融号”设计最初想法是，要有相对较大的太阳翼，于是电池板做成屋顶状。

火星车“祝融号”太阳翼的进化史
但火箭发射时会有剧烈的振动，太阳翼无法承受。如果压紧面积就不够，于是设计成4片，且向后展开。
这样，火星车到达火星表面再向前驶离着陆平台都没问题。但如果向后走，后面两个太阳翼会触地。所以，又进一步调整，把后面太阳翼向侧后方调了一定角度。

其实我们设计过很多太阳翼方案，包括一个圆盘形，两个圆盘形，甚至类似蝙蝠翅膀样子。
应对极端困难，祝融号有“法宝”
法宝都是为克服困难设计的。
第一个困难是火星表面石块较多，地形较复杂，容易把火星车车轮扎破。于是为“祝融号”准备主动悬架，遇到特定地形可以把底盘抬高。“祝融号”如果遇到沉陷，即车轮大部分陷在沙子里，可以像一只小虫子蠕动一样轻松从沉陷沙土里走出来。
第二个困难是沙尘暴。火星有时会有遮天蔽日的沙尘，导致太阳电池片发不出电，电池片上积累了很多沙土后，火星车也许就不能继续工作了。科学家们在电池片上放了一种类似荷叶的功能材料，从而把电池片的玻璃变成一个有很多尖的针床，灰尘不是很“踏实”地落到表面上而是落在针床上。在太阳翼运动过程中，灰尘就很容易滑落。
第三个困难是火星温度比地球要低。我们在火星车顶部设计了两个集热器窗口，窗口上绷着一层膜保证红外线能量只进不出。同时，这层膜下还有十个“酒瓶子”，白天吸收阳光，其中的固体会变成液体，到了晚上又从液体变回固体，在凝固过程中放出热量，保证火星车温度不会下降。

集热器

气凝胶保温层。为了保温，火星车还穿了一层气凝胶做的棉袄，它非常轻，而且隔热效果好。气凝胶保温层很轻，可以放在花的上面（跟图片位置相反）。隔热效果好，用乙炔枪烧它，鲜花都不会枯萎。
最后一个困难是距离远。现在火星与地球之间的距离将近4亿公里，无线电的信号从火星传到地球需要22分钟，地面工作人员管理火星车就不可能那么及时。每天地面工作人员告诉火星车未来24小时要干什么工作，也把昨天24小时工作成果汇报到地面。这个过程中，做什么工作要靠火星车自己根据能量使用情况做判断。
照片设计的小心思

我们还拍了一下着陆平台，就像是我们旅游也会拍摄纪念照一样。有的网友比较细心，看到了藏在火星车车轮上的小秘密，下面这张照片的车辙印里能看到“中国”的“中”字。

我们在火星车上放了一个相机，它向前走5米多，把相机释放到地上，然后后退到5米多时，就形成这张火星车自拍照。接着继续后退，火星车和着陆平台又拍了一张合影。

中间还去看了一下落在火星上的背罩和降落伞。

所以，“祝融号”拍的每张图片也都是科学家们花了好多心思设计的呢！
来源 | 中国的航天
编辑 | 李鑫
邮箱 | [email protected]

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