祝融踏上火星表面，中国火神如何巡视火星？

2021年5月22日，根据遥测数据判断，“祝融号”火星车已安全驶离着陆平台，到达火星表面！火星车开始巡视探测火星表面，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。

这是一个历史性成就，意味着我国首次火星探测任务天问一号就挑战“绕、着、巡”三大工程目标，基本取得了成功。随着研究数据和成果不断积累，五大科学研究目标也正在进展中。

一、突破“巡”的意义极大

人类探索火星60年，主要包括四大任务类型，天问一号的任务是复杂度最高的一次。

人类目前有四种火星探测任务示意图

四大火星探索任务类型主要包括飞掠、环绕、着陆和巡视。

飞掠：火星远处飞掠，“一晃而过”。航天技术尚不成熟时没办法，不能刹车入轨。

环绕：环绕器通过制动减速进入环绕火星轨道。能长期环绕火星进行观测，为着陆任务中继信号，连接地球和火星的“灯塔”。

着陆：直达火星表面，去详细研究火星表面情况，但是无法自由移动始终是一个的硬伤。

巡视：会动，探测不同的地方，就是最大的优势。但显然它不能独立实现，必须依托于环绕器和着陆器/着陆系统的帮助才能抵达火星表面顺利工作。

可以说，巡视任务需要大量的火星研究基础，工程方面和科学方面要求都极高，也代表着火星探测最高难度。

着陆器和巡视器要降落效果模拟图（图片来源：国家航天局）

在实际情况下，会分开执行环绕、着陆、巡视任务，一步一个脚印，前一步为后一步积累基础。即使这样，人类探测火星的成功率仅一半左右。

而天问一号，一次同时实现了“环绕”、“着陆”和“巡视”3项任务，“绕着巡”一步到位！非常了不起！困难程度不言而喻。且祝融号重达240千克，这可不是一个小家伙。可以说天问一号是人类探测火星工程技术复杂度之最。

在我个人看来：本来天问一号能实现“绕”就已经是了不起的成就，能实现“着”就已经赚大了，而能实现“巡”就着实是极其了不起的成就！血赚！

二、怎么才能“巡”起来？

毫无疑问，会动是祝融号最大的优势，携带着科研仪器动起来！但这并不容易，需要解决一系列能源、动力、科研设备使用等问题。

抵达火星表面后，着陆器放出导轨，祝融号开机，在经历数天能量积累后，最终走出“温室”、依靠自身能力独立生存。这就是今天的成就。

祝融号的外观结构（图源见水印）

祝融号依靠太阳能进行工作，但火星的太阳能远不如地球，它使用了4片三结砷化镓“蝴蝶型”太阳能电池阵列，确保能量。通过防尘涂层技术，祝融号可以通过抬起太阳能帆板的方式让沙尘下落，抗沙尘能力大幅提高。

对于火星剧烈的昼夜温差和夜间没有太阳能问题，只能是白天工作，夜晚休眠，利用蓄电池、仅保持通信等核心功能。祝融号采用了纳米级气凝胶和正十一烷集热窗等技术，做好夜间保温。

火星地形地貌复杂，砂石沙尘很多，是火星车行驶过程中的巨大挑战。“勇气号”火星车就由于陷入沙坑、轮子故障，最终被困到寿命结束。逐渐残破的轮子，也是威胁“好奇号”火星车任务随时结束的重大原因。

好奇号破损的轮子显示出火星表面“路况复杂”（图源：NASA）

由于技术后发优势和玉兔/玉兔二号的技术积累，祝融号的机动能力经过了非常复杂的设计。首先，它采用可升降的主动悬架结构，多维度能够自由转向。每个轮子独立驱动，数个轮子悬空时还能移动。极端情况下祝融号还能“蠕动”、“蟹行”和“踮脚”等操作，仿佛智能机器人。

任务使命也决定了它没必要“飙车”，而会缓慢行驶，在工程相机等保障下以厘米/秒级速度运行，确保任务一切顺利。

着陆火星后的祝融号艺术效果图（图源：国家航天局）

三、“巡”什么？

祝融号不是上去玩的，这个中国火神，需要详细研究火星的科学课题。它共有6个科学仪器。

第一，导航地形相机。再多数据都不如拍照“斗图”有说服力，无数网友也都在等待各种图片。它的导航地形相机已经给出了火星“华丽的荒凉”照片。

国家航天局公布的祝融号拍摄照片

第二，多光谱相机，可以详细分析岩石土壤光谱数据，助力科学家研究它们演化的历史和未来。

工作状态的火星车艺术效果图（图源：中国航天局）

第三，“黑科技”表面成分探测仪。尤其是激光诱导击穿光谱仪，可以用激光将岩石烧蚀成等离子体，用短波红外光谱显微成像仪远程分析，实在太酷了。

第四，次表层探测雷达，探测火星浅层地下的结构。

第五，表面磁场仪，揭示火星表面破碎磁场的奥秘。

第六，气象测量仪，研究火星表面的风云变幻。

综合下来，火星车要完成的科学探测任务有：火星巡视区形貌和地质构造探测，火星巡视区土壤结构（剖面）探测和水冰探查，火星巡视区表面元素、矿物和岩石类型探查，以及火星巡视区大气物理特征与表面环境探测。

人类每个火星车都会去不同的地点，它们的研究数据放在一起，才是我们对这个行星邻居绘制的一幅全方位立体肖像画，它们每个都了不起。

现在，一切大幕已经开始，我们期待火神在火星开始表演！