2.6亿公里外火星表面,祝融号自带创新“温室”,无惧极寒
火星的自传倾角为25.19度与地球非常相似 , 只是由于公转周期大约相当于地球的两倍 , 所以它每一个季节时间大约也是地球的两倍 , 也就是约6个月(约172天) 。
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祝融号去年登陆火星时 , 乌托邦平原南部着陆区正处于春季 , 而现在乌托邦平原已经进入多风沙的冬季 , 至7月21日将迎来冬至 , 祝融号火星车面临登录火星以来最严峻的考验 , 太阳光照不足 , 温度下降至最低-130摄氏度左右 , 魔鬼沙尘暴持续肆虐等等不利条件 。 祝融号火星车怎么过冬?自带的两个“温室”如何工作?独门绝技“休眠”“唤醒”功能如何施展?
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首先让我们看看美国火星车是怎么过夜过冬的?
火星不仅冬天冷的可怕 , 昼夜温差最大能到一百多度 , 对火星车电子元器件的稳定工作提出了极大考验 。 电池、电子设备和计算机 , 是火星车的心脏和大脑 , 它们在温暖的火星车机身内安全温度下工作 。 安全温度在40°至-40°度之间 , 超过这个温度火星车就要出危险 , 要么被冻死 , 要么被热死 。 美国火星车大多数采用的保温措施为:火星车主体涂有金色保温涂层 , 加内部“气凝胶”绝缘材料防止热量溢出的方案 , 热源主要有:电子设备发出的热量、同位素电池主动产热(恒定的1瓦加热器)、电加热器 。 这种配置显然有其不足 , 同位素电池会一直工作不间断放热 , 当环境温度较高时 , 会导致火星车温度过高 。 还有 , 同位素电池对火星着陆可靠性要求很高 , 失败坠毁爆炸会污染火星环境 。
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为了保持恒温 , 美国火星车还配备了电加热的恒温器和散热系统 。 恒温器会在低温时用电加热 , 保持机身温度 。 散热系统安装在漫游车的车身壁上 , 使用的导热流体为CFC-12 , 类似于老式空调中使用的制冷剂氟利昂 。 然而 , 看似完美的温度控制 , 却深藏着诸多不便 。 首先 , 在火星表面电能、热量都属于稀缺资源 , 就这么白白散发掉着实可惜 。 其次 , 增加了这么多系统和设备 , 设计安装使用中 , 出现故障损坏等等不确定因素大大增加 , 降低了火星车的整体可靠性 。 最后 , 美国的多辆太阳能火星车 , 都因为电量不足被活活冻死 。 比如 , 机遇号 , 勇气号 , 凤凰号 , 维京2号 。 洞察号也快了 。
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祝融号火星车怎么过冬?自带的两个“温室”如何工作?独门绝技“休眠”“唤醒”功能如何施展?
【2.6亿公里外火星表面,祝融号自带创新“温室”,无惧极寒】祝融号自带两套御寒关键装备 , 一个是“集热装置” , 另一个是“气凝胶隔热材料” 。
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“集热装置”就是我们在图片中看到的火星车背上的“温室” , 并且还是并排两个 。 这些“温室”里面没有蔬菜苗 , 而是装着相变保温材料 , 帮助祝融号储存热量 。
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火星不同于月球 , 它的昼夜时长和地球类似 , 所以不能照搬“玉兔”的休眠模式 , 一睡一醒太浪费时间 , 并且祝融号在晚上也是有工作的 。
祝融号背部最显眼的是两个大大的集热窗 , 旁边的空间也没浪费都是太阳能板 。 集热窗由聚酰亚胺类材料制成 , 并由两条交叉的钢丝张紧支撑 , 太阳光(除远红外光谱外)透过率非常高 , 这就保证了收集热能的高留存率 。 并且聚酰亚胺类材料具有耐高温 , 耐极低温(在-269℃的液态氦中不会脆裂) , 热膨胀系数极小 , 耐辐射性强 , 不易燃烧 , 真空下放气量很少等优点 , 其应用广泛 , 常常用于航空航天领域 。
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