记者从国家航天局获悉,根据遥测数据判断,5月22日10时40分,祝融号火星车已安全驶离着陆平台,到达火星表面,开始巡视探测。
天问一号任务的科学目标是研究火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构等。
探测器自2020年7月23日发射以来,在地火转移飞行、环火轨道运行期间,环绕器配置的中分辨率相机、高分辨率相机、矿物光谱分析仪、磁强计等7台科学载荷陆续开机探测,获取科学数据。
火面工作期间,火星车将按计划开展巡视区环境感知、火面移动和科学探测,通过配置的地形相机、多光谱相机、次表层探测雷达、表面成分探测仪等6台载荷,对巡视区开展详细探测。同时,环绕器将运行在中继轨道,为火星车巡视探测提供稳定的中继通信,兼顾开展环绕探测。
永磁直流电机为火星车巡火提供关键动力
据了解,航天科技集团四院401所提供的四类永磁直流电机,分布在“祝融号”火星车移动系统的各个部位,为火星车在火星表面3个月左右的灵敏行动提供移动、转向、越障动力,是火星车巡火的关键动力。
2016年,研发团队就开始了火星车电机的研制。作为我国首次在火星表面工作的特种电机,团队在研发生产过程中,大胆求证,自主创新,攻克了电机的静磁力矩、低温冷焊特性等关键问题,克服了金属材料腐蚀、绝缘层碎裂、焊接方法缺陷等问题。
为了使产品满足-130℃环境的严苛环境,研制团队调研和试验选用相应的非金属材料,设计了适应极低温的电机结构,在天问一号近10个月的“赶路”中成功抵御超低温环境。
为了让产品能够裸露在火星大气中正常工作,研制团队为电机设计了严密的防尘结构,给电机加上了能抵抗火星表面风暴的“防护罩”。
为了让火星车的车轮在转向、过坡中更“省力”,电机提供了静磁力矩作为定位力,使得火星车轮子在转向、下坡中不用为电机供电,增加可靠性的同时提升了系统性能,也减轻了系统重量。为了让火星车越障和爬坡时能平稳“驾驶”,攻克了静磁力矩电机的极低速控制等关键技术。
他们打造了祝融号的“风火轮”
祝融号何以能在火星上砂石遍地的荒漠地貌顺利行走?在零下90摄氏度至零上30摄氏度的巨大温差环境中顺利工作?祝融号上,包括车轮在内的50余种零部件使用了中国科学院金属研究所自主研发的新型复合材料,助力祝融号成功“登火”。
据介绍,针对火星车不同部件的要求,金属所一共开发出4种铝基碳化硅复合材料,用于火星车车轮、成分探测器的关键部件等。这种由铝与陶瓷组成的新型复合材料比铝还轻,但与常见的钢铁一样坚硬、耐磨,兼具高强度、高塑性、高稳定性等特点。
金属所研究员马宗义介绍,2015年,金属所接到为火星车提供关键结构材料的任务。由于飞行距离远,且火星表面服役工况复杂,火星车对其结构材料的服役性能和可靠性提出了极高的要求——轻量化、高耐磨性、高强度、高各向同性和高塑性。“作为我国第一次火星登陆探测任务,没有先例可循。传统金属材料难以兼顾这么多要求,难度非常大。”
科研人员开始集中攻关。“要满足火星车设计选材要求,适应火星严苛的服役环境,必须突破材料兼具高强度、高耐磨性与高塑性的固有难题。”马宗义说,这是一个矛盾的要求,设计材料时需掌控好平衡点。
中国科学院金属研究所根据使用要求,逐一解决大尺寸坯锭制备等技术瓶颈,提出低合金元素、多元析出相混杂强化的新型设计思想,相关复合材料样件一一通过了严苛的地面考核。
马宗义介绍,新型复合材料用于祝融号结构、机构、仪器等50余种零部件,供货数百件。“下一步,我们将继续促进先进金属基复合材料与技术的工程化应用和成果转化。”
高能效电池板为火星车提供充沛能量
在深空探测任务中,航天器唯一的能量来源就是太阳的能量。在祝融号火星车上,有四块长得像蝴蝶翅膀一样的太阳翼,它是为天问一号任务而特别定制的。
火星与月球不同,火星有着更恶劣的自然环境,时常出现的沙尘暴、高达100多度的昼夜温差,再加上更短的日照,让火星车对太阳能电池片的要求变得极为苛刻。
祝融号火星车的动力来源,主要依靠自身携带的太阳能电池,它通过吸收阳光产生电能来维持火星车设备的正常运转。负责吸收阳光的太阳能电池,都要经过专业测试,来确保每一块电池板都具备非常高的稳定性和精确性。
火星距离地球最远距离有4亿公里,在现有最大运载能力一定的前提下,为了搭载更多的探测设备,减轻重量就变得尤为重要。
航天科技集团八院天问一号探测器主管设计师王文强指出:“火星车由于主要是距离太远了,因此它的重量约束非常的严格。我们火星车的太阳电池一共用了1000多片太阳能电池片,相对来说面积是比较小的,只有大概4个平方米左右。我们需要把不同的电池片连接在一起,形成一条进行输出,那么这个时候我们就对每一片太阳电池的一些性能就有一个要求,就是这一条太阳电池的性能要基本均一。”
综合新华社、新华网消息
