The Innovation | “祝融号”点燃中国星际探测的火种

导 读

北京时间2021年5月22日10时，中国第一辆火星车“祝融号”（以下简称“祝融号”）安全驶离着陆平台，成功“打卡”火星表面。面对复杂的火面环境，“祝融号”需要施展哪些“技能”？它又承载着怎样的使命呢？

北京时间2021年5月22日13时，地面接收站收到“祝融号”发回的遥测信号，确认火星车成功驶离着陆平台并开始探测任务，宣告火星探测工程取得圆满成功。这辆以中国神话命名的火星车，在火星乌托邦平原留下了足迹，让我国成为第二个成功软着陆火星并进行巡视探测的国家。

图1 “祝融号”火星车搭载的有效载荷和“天问一号”探测器的组成结构

火星探测器由环绕器和着陆巡视器组成（图1），环绕器将携带着陆巡视器完成地火转移、火星捕获、降轨机动等任务。2020年7月23日，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空，2021年2月10日被火星捕获，2021年5月15日释放着陆巡视器。着陆巡视器与环绕器分离后，需要经过约3.5小时飞行，然后按照预定姿态进入火星大气，多级减速后以软着陆的方式着陆火星表面，展开坡道机构。火星车驶离着陆平台后，开展并完成巡视探测任务。

火星与地球相距甚远，星球表面环境复杂且温度较低，相较于月面巡视器的任务特点^[1]，火星探测任务对火星车通信、热控、移动等技术都提出了更高的要求^[2]。

图2 第5火星日下传的前避障相机图像

除了距离远，火星与地球的通信窗口也非常有限。火星车配置X频段定向天线可对地指向，但码速率较低（32bps），所以只能用于下传遥测。为解决火星车通信问题，科研人员借鉴嫦娥四号任务中继通信的成功经验^[3]，采用环绕器中继通信的方式，使用UHF频段进行双向通信。每个火星日有两个UHF通信弧段：近火弧段约10分钟，远火弧段约5小时。因近火弧段通信可达Mbps级别，作为火星车通信的主要手段，图像及探测数据依赖中继通信进行下传。图2、图3为第5火星日UHF近火通信下传的图像，分别由前避障相机和导航相机拍摄。

图3 第5火星日下传的导航相机图像

从图3可看到火星车部分背板布局，定向天线和太阳翼均处于落火后展开的标称状态。火星车采用太阳翼+蓄电池组联合供电方案。为了提高能源利用率，特采用基于硬件电路实现的峰值功率跟踪（MPPT）技术来提高太阳电池发电利用率^[4]。白天，火星车背板上的太阳能集热窗可收集热量，用于提升夜晚舱内设备温度；夜晚则采取主动热控措施，保证舱内工作设备及存储设备达到规定的环境温度。

为开展火星表面重点地区高精度、高分辨的精准探测，火星车共配置6类科学探测载荷（图1），包括导航地形相机、多光谱相机、火星次表层探测雷达、火星表面成份探测仪、火星表面磁场探测仪和火星气象测量仪。这6类科学探测载荷对火星地形地貌、水冰分布、火星磁场、内部构造、大气温度及压力等探测提供精准助力，以确保任务的顺利开展。

总结和展望

“祝融号”在火星表面进行移动及科学探测，并成功将数据传回地球，对我国行星科学的发展具有里程碑式的重要意义。“祝融号”未来还将继续执行火面工作任务，不断回传宝贵数据，点燃探索浩瀚星空的火种，为星辰大海的梦想助力前行！

参考文献

1.Peng, S., Shen,Z.R., Jia,Y., et al. (2019). Onboard-ground safe operation design of Chang’E-4 rover. Sci. China Technol. Sc. 49, 1408-1417.

2.Yu, D.Y., Sun, Z.Z., Meng, L.Z., et al. (2016). The development process and prospects for Mars exploration. J. Deep. Space Explor. 3, 108-113.

3.Sun, Z.Z., Wu, X.Y., Liu, S., et al. (2019). Design and verification of relay communication system for lunar farside exploration．Sci. China Technol. Sc. 44, 147-155.

4.Shi, H.P., Chen, Y., Jia, Y., et al. (2020). Modeling and simulation for power generation of solar array in Martian surface environment. J. Deep. Space Explor. 7, 474-480.

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00046-1

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第二卷第三期以NEWS & BUZZ发表的“Zhurong: Features and mission of China's first Mars rover” (投稿: 2020-03-23；接收: 2021-04-10；在线刊出: 2021-05-25)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100121

引用格式：Tian H., Zhang T., Jia Y., et al. (2021). Zhurong: Features and mission of China's first Mars rover. The Innovation. 2(3),100121.

作

者

简

介

贾阳，中国空间技术研究院总体部研究员，嫦娥三号探测器及嫦娥四号探测器、火星探测器副总设计师。负责月球车及火星车系统设计，长期从事航天器系统设计、系统验证工作，以及任务规划、遥操作、热控制技术等方面的研究工作。在温度场仿真、同位素能源利用、试验验证方法研究、立体视觉技术应用、巡视器定位技术研究等方面发表文章140余篇。

彭松，中国空间技术研究院总体设计部高级工程师，从事深空探测器总体设计工作，作为主要人员参加了中国玉兔一号/二号月球车和首个火星车“祝融号”的研制工作。

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