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一文了解祝融号火星车去哪了?(建议收藏)

自2022年5月18日,祝融号自主进入休眠,其探测了358个火星日,累计巡视1921米。2023年2月10日是天问一号入轨两周年的日子,“目前,环绕器状态良好,持续开展对火星度探测任务。” 但依旧没有任何祝融号火星车的状态消息……

我们先来看一下祝融号达到什么条件才能“苏醒”,首先仓内温度要高于-15℃,同时,太阳能发电要满足火星车当天最小的用电量,要达到140瓦。祝融号工作条件对于环境较为恶劣的火星还是比较苛刻的。

2021年2月10日19点52分,天问一号的环绕器3000N轨控发动机点火工作约15分钟,20点07分,探测器成功进入近火点高度约400千米、远火点约18万千米、周期约10个地球日,倾角约10°的大椭圆环火轨道,成为中国第一颗人造火星卫星。

到目前为止,祝融火星车的最新消息还停留在2022年5月20日,当天澎湃新闻报道称祝融号火星车遭遇强烈沙尘天气,已进入休眠模式:

为安全度过冬季,祝融火星车将进入低耗能的休眠模式,预计要等到12月初的火星春天来临、气温回升之际,祝融火星车将会苏醒重新执行任务,作为祝融火星车粉丝种花家,需要等待长达6~7个月的火星漫长冬季才能得到更新消息,简直就是一种煎熬!

但最担心的事情还是发生了,原本应该在12月初火星春天到来的时节醒过来继续工作,但从12月到现在已经2月中旬,官方没有任何消息发布,这表示祝融号遭遇了很大的问题。

“祝融号”火星车是我国的第一辆火星车,2021年2月10日搭载天问一号抵达火星,5月14日成功登陆火星北半球的乌托邦平原,坐标位置25.102°N 109.914°E,到目前位置已经整整工作一年半,其任务是研究当地的地形和地质、检查土壤和任何冰含量、元素、矿物和岩石与大气采样等任务。

这个“艰苦”条件源自于火星条件的特殊!在太阳系内火星和地球是比较相似的,自转一周差不多24小时,火星自转轴倾角有25.19°,一年也存在四季之分,如果我们移民火星基本不需要倒时差,因为作息时间基本差不多。

但火星也是一颗极不友好的行星,大气压只有地球的1%,且大气中二氧化碳含量超过95%,夏季白天赤道地区温度可达35℃左右,但在夜间由于没有大气温室效应,温度可低至-73 ℃。

由于火星的轨道偏心率比较大,达到了0.093 412 33,地球只有0.0167086,直接一点说就是火星的轨道更扁,近日点和远日点之间差距将近4300万千米,远日点的光照强度只有近日点的68.7%,相比之下地球的远日点和近日点距离相差不超过500万千米,光照强度差异不超过7%。

所以火星的冬天会很冷,但不凑巧的是祝融火星车所在的火星北半球冬季还刚好在火星远日点时,由于火星的自转倾斜为25.19°,祝融号位置所在是25.102°N 109.914°E,也就是刚好在火星的北回归线附近,这让祝融火星车所在所在的位置比火星夏至时光照强度的44%(斜射)。

这让祝融火星车所在的位置冬季会极度寒冷,乌托邦平原地区在冬季白天的温度也只有−17.2 °C到−107 °C之间,到了晚上,温度更是低至-133℃,简直就是“冷到无法出门”。而且更要命的是火星这个冬季更是长达半年!

火星的冬季不仅冷,而且时间还很长,因为火星的半长轴达到了2.28亿千米,轨道周期长达686.98地球日,相当于地球1.88年,按比例来算火星的每个季节也会从地球上的3个月拉长为接近6个月,所以火星冬季长达半年还是真的,只是这个半年是按地球时间来理解的。

火星车总重240千克,高1.85米,由四个太阳能电池板供电,火星的白天就是祝融号的工作时间,太阳能电池供电与给蓄电池充电,同时太阳的热量也给10罐正十一烷蓄热,白天吸收热量并融化,晚上固化并释放热量保证祝融火星车度过寒冷的火星之夜。

但这冬天也太长了,即使是白天也无法获取足够的太阳能供电,更无法吸收足够的热量蓄热,晚上怎么办?只有冻死一条路?只能将设备处于最低耗能的休眠状态,等到火星天气暖和起来后再“苏醒”工作。

原本应该在去年12月醒来祝融火星车一直没有好消息传来,到目前已经是2月中旬,整整超时了2个月,在这段时间内各种说法都有,笔者了解到了以下几种说法:

第一个说法还是挺靠谱的,因为在休眠以前就遭遇了一场沙尘暴,这些极其细微的颗粒覆盖在太阳能电池上会让发电效率急剧下降,比如NASA的“洞察号”就是因为太阳能电池被火星“沙土”覆盖彻底失联。

如果祝融号太阳能电池被沙尘覆盖,那么也将凶多吉少,不过我国的祝融号有特殊设计,四块太阳能电池中有2两块是可以“抖落”沙尘,这能保证祝融号的基本供电,因此这个因为沙尘问题导致失联的可能性不大。

这可能性也是存在的,2009年5月1日,NASA的“勇气号”火星车就陷入了一个软沙坑中无法脱困,并且随着季节改变,太阳角度不再能照到电池,最终于2010年3月22日(第2208火星日)通信中止,NASA在2011年5月24日宣布“勇气号”任务结束。

不过祝融号也使用比此前任何一种火星车都要强大的脱困技术,这种直接抬起脱困轮的操作几乎可以应对任何意外被困的情况,除非火星上的某次塌方把它给掩埋了。所以这种可能性也不大。

此前有网友表示可能是天问一号转发器的问题,因为祝融号无法直接与地球通信,因此必须通过天问一号转发,但后来公布的信息表示不是天问一号的问题,让很多网友出主意让欧空局的火星探测器帮忙转发的提议也落空了(此前祝融号曾经过欧空局的火星快车号转发至地球完成地火通信)。

这个可能性也不能排除,比如祝融号在休眠前遭遇沙尘暴没有储备足够的电量,无法支撑长达半年多的时间休眠的耗电,造成电池不可逆损坏,这可能性也是存在的。或者在严酷的火星冬季低温中,祝融号某个关键设备被冻坏,这种可能性也不小。

1月20日,《Nature》发布了一篇关于中国火星车的新闻稿,分析祝融号火星车可能发生的问题,作者引用天体生物学家戴维·弗兰纳里 (David Flannery) 说:

他是NASA毅力号火星测器的团队成员之一,NASA刚刚在2022年12月份宣布“洞察号”因为太阳能电池被沙尘覆盖任务结束的新闻,所以他已经有所准备。

不过新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室的行星科学家Baptiste Chide有不一样的看法:“我想乐观地认为漫游者会苏醒。”他也是毅力号团队的成员。

种花家也非常希望“祝融号”能继续醒来工作,因为祝融号不只是中国的第一个火星探测器,也是火星探测器技术在火星验证的过程,如果第一个失败,那么第二个将会更新设计,加入过多的新元素会造成更大的不确定性,这一定会对第二个探测器造成影响。

当然无论什么结果,都将给我们以宝贵经验!也许几天后祝融号就将醒来继续发回火星探测的科学数据。

火星的季节很容易区分,因为这是一个天文相关的课题,但将季节与日期联系起来就成了历法问题,地球目前用的“公元纪年”就是格里高利历,火星上用的是大流士火星历,大流士火星历的元年是火星二号探测器着陆的那年。

从着陆那天反推出火星的第一天,在火星历中,每个火星回归年定为一火星年,每年起始点为春分,是太阳直射火星赤道的时间,所以在火星二号探测器着陆的反推出1970年4月28日就是火星的元年元月一日,按火星一年668.599个火星日计算,目前就是大流士火星历29年2月18日:

火星历将每年分为二十四个火星月,按照每六个火星月一组分为四组,每组的前五个月有二十八个火星日,第六个月只有二十七个火星日,每年最后一个月在闰年会多包含闰日,即在闰年会有二十八天。一个典型的火星年应该是这样的。