天問一號着陸巡視器成功着陸火星烏托邦平原一周后，“祝融號”火星車傳來好消息。國家航天局發布消息稱，根據遙測數據判斷，5月22日10時40分，“祝融號”火星車已安全駛離着陸平台，到達火星表面，開始巡視探測。
天問一號任務的科學目標是研究火星形貌與地質構造特徵、火星表面土壤特徵與水冰分佈、火星表面物質組成、火星大氣電離層及表面氣候與環境特徵、火星物理場與內部結構等。自2020年7月23日發射以來，探測器在地火轉移飛行、環火軌道運行期間，環繞器配置的中分辨率相機、高分辨率相機、礦物光譜分析儀、磁強計等7台科學載荷陸續開機探測，獲取科學數據。火面工作期間，火星車將按計劃開展巡視區環境感知、火面移動和科學探測，通過配置的地形相機、多光譜相機、次表層探測雷達、表面成分探測儀等6台載荷，對巡視區開展詳細探測。同時，由上海航天技術研究院抓總研製的環繞器將運行在中繼軌道，為火星車巡視探測提供穩定的中繼通信，兼顧開展環繞探測。
環繞器為火星車巡視探測提供穩定的中繼通信
值得關注的是，在火星巡視探測期間，“祝融號”就像在月球的“玉兔號”月球車一樣，也要面臨休眠喚醒任務，這樣才能保證其使用壽命。不過，月球車的休眠喚醒，主要解決月球車如何在低溫環境下度過漫長而寒冷的月夜的問題。而火星車主要針對火星沙塵暴及火星冬季環境。
可以說，火星的休眠喚醒任務更加複雜、難度更高。這項艱巨的任務，同樣由月球車電源產品的研製單位上海航天811所承擔。
不同於月球，火星上有大氣，當大氣運動引起的巨大沙塵暴讓火星車受到沙塵的遮蓋時，接收到的太陽光能量急劇下降，這時就必須為火星車設計一個“休眠”模式，耐心等待沙塵暴過去。其次，火星上有明顯的四季變化，當進入火星深秋後，光照強度會持續減弱，而火星太陽輻照強度僅為月球表面的20%，這時，火星車需要進入長期的“冬眠”，直至第二年的春季到來。
同時，考慮到火星氣候的複雜性，火晝時，鋰離子蓄電池可能會面臨聯合供電進而導致充電量不足的情況。為此，811所科研人員為火夜制定了一份休眠喚醒“備份”計劃：在火晝轉火夜前，對鋰離子蓄電池的剩餘電量進行判讀，當蓄電池的剩餘電量不足以支撐火星車度過火夜時，火星車轉入休眠狀態。
811所電源控制器設計師陳達興介紹，“與月球車不同的是，火星車鋰離子蓄電池不具備保溫設備，若沒有從-90℃的最低溫度恢復到-15℃的工作溫度，即使喚醒了，也無法正常開展工作。休眠的時候整器會斷電，至於什麼時候再喚醒，我們需要先參考鋰離子蓄電池的溫度。”研製人員給鋰離子蓄電池增加了溫度繼電器，用來判斷鋰離子蓄電池的溫度。當太陽電池重新開始工作后，優先給鋰離子蓄電池加熱，待加到-15℃左右，溫度繼電器自動閉合，火星車真正喚醒。
火星烏托邦平原上的祝融號火星車（模擬圖）
除了把控更複雜的休眠喚醒，如何將能量獲取率達到最大化，也是一大挑戰。
深空探測中，太陽能量是航天器唯一能量來源。在火星車上，有四塊“特別訂製”的太陽能電池陣，為了順利完成此次火星車的預定任務，它們經歷了一段不平凡的研製歷程。
火星表面的光譜與地球軌道、月球軌道的光譜不同，這就意味着火星車太陽電池的“與眾不同”。811所對太陽電池進行了重新設計，根據火星的光譜作了相應的調整和優化。但受火星車自身體積重量限制，以及火星表面光照條件、火星塵埃等自然環境條件影響，太陽電池陣的發電能力被大大削弱，如何解決這一問題？研製人員創新性地在火星探測任務上首次使用了最大功率跟蹤技術，這也是該技術在國內航天領域的首次在軌應用，陳達興說：“跟蹤精度高達98%，相比傳統電路，提高了太陽電池20%的利用效率，既解決了火星車能源緊張問題，也在減少太陽電池陣面積的同時減輕了電源產品的重量。”
另外，火星塵埃在太陽電池表面的堆積也會極大影響火星車的能量獲取效率。為此，科研人員通過表面處理和結構設計巧妙地在太陽電池玻璃蓋片表面做了特殊塗層，表面處理在於降低火星塵埃和太陽電池的相互吸引力，結構設計在於減少兩者的接觸面積，這些都通過了驗證。
欄目主編：劉錕 本文作者：劉錕 文字編輯：劉錕 題圖來源：國家航天局