科学大家|星辰大海:天问一号的奔向火星之路( 六 )

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下图是着陆后火星车和平台的合影实拍 。 火星车释放了一个小的无线照相机 , 拍摄之后照相机把信息传到火星车上 , 火星车再把信息传到环绕器上 , 最终传回地面 。

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祝融号在火星表面的探测分为三大任务 。 第一个任务是感知 , 在启动之前会对周围进行扫描 , 把周围的地形地貌通过相机的拍摄传到地面 , 地面可以根据这些信息建立起周围的三维影像结构 , 并规划车行走的路线 。 第二个任务是移动 , 车根据地面的指令进行移动 。 第三个任务是探测 , 既在移动中进行科学探测 , 也在停止的时候进行 。
其中移动有多种形式 , 一种是靠地面指定每一步的步长 。 同时也可以不靠地面指定 , 只告诉它一个40米之内的目标点 , 它就可以边走边看边规划 , 自主移动到目标点 。 发现路径不合适 , 就会主动选择合适的路径去到达目标点 。 类似我们日常用到的导航软件会给你提供多种路线 。
祝融号的智能性 , 可谓是当今地外天体巡视器的最高水平 , 虽然和地球地面的无人驾驶车辆相比还是有差距 。 这个差距来自两方面:第一 , 地球地面的情况和火星上的地形完全不一样 , 地球上自动驾驶可以利用公路的标志线等信息做辅助;第二 , 地面的计算机运算能力更强 , 可以达到更高的智能程度 。 祝融号受限于各种因素 , 但也达到了相当高的水平 。
这次火星探测 , 一次就实现了环绕、着陆和巡视三个目标 , 这样的成功并不是偶然 。 严肃认真的论证历程 , 嫦娥探月工程带来的技术支撑等 , 都是成功的基础 , 加上团队的不懈努力 , 以及航天积淀下来的技术、物资、实验 , 还有精神财富 , 这些因素共同促成了天问任务的圆满成功 。
天问解决了哪些“灵魂之问”
最后给大家介绍这一次任务过程中解决了哪些问题 , 面临了哪些挑战?一共有六个方面 。
第一个还是测控通信的问题 。 如前文所提 , 2007年火星探测没有成行的一个很重要的原因是四亿公里的通讯瓶颈 。 四亿公里虽然在宇宙尺度上是一个很近的距离 , 但实际却很远 。
给大家举一个例子 , 月球离地球38万公里 , 而火星最远的距离相当于1000倍的地月距离 , 因此地面发射的信号 , 在火星上接收到的强度是在月球的百万分之一 , 因为无线电传输的能量与距离的平方成反比 。 但随着近十年航天科技的发展 , 这件事情如今已不再困难 。
具体是怎么来解决这个问题的?第一是地面设施的完备 。 下图是国家在武清建设的70m直径单口径天线 , 应该说还是非常壮观的 。 再有探测器上通信电子设备已经全部数字化 , 灵敏度较传统模拟设备提高显著 。

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另外还有一些我们独创的方案和智慧 。 火星车与地球地面通信受很多限制 , 因而其对地通信只能发个短信息 , 告诉地面我很健康、现在能源充足等 , 仅包含几个简单的字 。 所有探测的数据 , 如对周围环境的感知、科学探测数据等 , 都要通过环绕器再传到地球地面 , 因为环绕器有更大口径的天线、更充足的太阳能、更高功率的发射机 , 可以提供更好的通信 。
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