能源供應水平的高低是衡量地外天體星球車工作狀態(tài)的核心指標，近日，行星探測工程公布了一組天問一號探測器拍攝的影像圖，其中祝融號火星車的近況頗受關(guān)注，與最初登陸火星時的外觀對比，用“風塵仆仆”來形容是最恰當不過的，其車身覆蓋了一層薄薄的火星塵。

大家都比較擔心，火星塵覆蓋會不會影響祝融號的能源供應乃至運行安全，有沒有什么辦法除塵呢？

祝融號火星車使用全景相機自拍：登陸火星之初的外觀

祝融號火星車使用全景相機自拍：今年年初的外觀

星球車登陸地外天體都需要考慮揚塵沉積的影響，揚塵輕則影響載荷設備的運行，重則影響整器安全。火星由于存在大氣環(huán)境，其揚塵問題比之月球更為復雜。探測器著陸火星時的沖擊、著陸平臺反推發(fā)動機噴射羽流、火星風帶來的火星塵沉積，甚至火星車行走都會激起揚塵，其中火星風帶來的火星塵沉積影響最大，當火星塵覆蓋火星車太陽翼的量越來越大，發(fā)電效率會顯著降低。

有愛好者開玩笑說，看到祝融號有這么多灰真想上去給它擦擦。當然這是不現(xiàn)實的，那么究竟該如何進行火星車除塵呢？可以說祝融號改寫了人類火星登陸探測器除塵的歷史。

分離相機拍攝的祝融號火星車

火星登陸探測器除塵可以分為兩大類，分別是被動除塵與主動除塵，在祝融號之前，除好奇號與毅力號兩輛火星車之外，大多數(shù)火星登陸探測器均依賴太陽翼發(fā)電進行能源供給，它們都沒有主動除塵設計，通常就是提高發(fā)電功率冗余，進而“硬抗”由發(fā)電功率衰減帶來的影響，也就是說可以承受火星塵沉積造成的電力損失。

同時，在任務進行中探索了一些被動除塵方法。比如利用火星風進行除塵，刻意讓火星車行駛到帶有坡度的路面，在高速火星風的吹拂下可以帶走一部分火星塵，前提是風力要足夠大，因為火星塵顆粒通常都是帶有靜電的，吸附性較強，加上火星氣壓相較于地球要低得多。

MRO火星勘測軌道飛行器拍攝的火星塵暴前后

具有強風力的火星氣象事件是“火星塵暴”，這個詞一聽起來就很厲害，多數(shù)情況下人們認為該氣象事件會對火星登陸探測器的運行安全構(gòu)成嚴峻挑戰(zhàn)，因為遮天蔽日的火星塵暴會直接影響塵暴期間火星車的發(fā)供電能力，此時火星車只能關(guān)閉所有探測載荷，并轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。

“火星塵暴”帶來的挑戰(zhàn)自然是有的，然而危機之中也孕育著新的生機，以勇氣號與機遇號兩輛火星車為例，它們每經(jīng)歷一次火星塵暴太陽翼發(fā)供電效率都會得到顯著提升，就是因為火星塵暴帶來的強勁火星風吹除掉了大部分的火星塵。

勇氣號火星車表面沉積了大量的火星塵

火星塵暴吹走了勇氣號表面大部分沉積火星塵

被動除塵是有局限的，有沒有更為徹底的主動除塵辦法？網(wǎng)友們紛紛建言獻策，用刷子刷、用氣錘吹、覆膜再撕膜等等，其實這些方法早在祝融號火星車設計之初都考慮過了，這些方法要么是除塵效果有限，要么就是占用探測器資源過多，都不具備可操作性。

人類以往的火星登陸探測器都沒有配置主動除塵設計，祝融號可以有嗎？別人有的，我們要有，別人沒有的，我們也要敢為天下先。縱然主動除塵設計復雜，但是在總結(jié)吸取前人的經(jīng)驗教訓基礎(chǔ)上，祝融號還是應用了主動除塵技術(shù)。

首先，前文所述的那些被動除塵方法對于祝融號全部適用，主動除塵設計將在此基礎(chǔ)上進一步強化除塵效果。

祝融號為主動除塵任務準備了兩個小妙招：首先是在太陽能電池表面增加超疏基電池蓋片，這是一種納米級微觀結(jié)構(gòu)，可以減小火星塵顆粒與太陽能電池之間的接觸面積，進而使得顆粒更容易被火星風吹走，除塵效率可達80%以上。此設計靈感來源于荷葉不被露珠浸潤的原理。

敷設有超疏基電池蓋片的祝融號火星車太陽翼

在超疏基電池蓋片基礎(chǔ)上，祝融號車身兩側(cè)的太陽翼可實現(xiàn)一維轉(zhuǎn)動至垂直姿態(tài)，進而直接倒掉覆蓋在太陽翼表面的火星塵。

祝融號火星車可實現(xiàn)一維轉(zhuǎn)動功能的太陽翼

祝融號登陸火星已經(jīng)有十個月時間，但是火星塵覆蓋情況對比同類火星車要弱得多，這主要得益于超疏基電池蓋片的作用，目前該車能源供應充足，還沒有到使用太陽翼翻轉(zhuǎn)除塵功能的地步。

在最新公布的祝融號照片上還可以看到，車身中部有透明的圓形開口，這是火星車熱控系統(tǒng)的重要組成部分——集熱窗，該裝置內(nèi)置正十一烷集熱器，具備白天吸熱夜晚放熱功能，集熱窗表面有一層薄膜與兩根向上凸起的金屬條與安裝框組合而成，整體結(jié)構(gòu)呈凸起狀，目的也是為了避免聚集火星塵。

祝融號火星車集熱窗

人類迄今為止總共成功部署了6輛火星車，分別是旅居者號、勇氣號、機遇號、好奇號、毅力號、祝融號，其中服役時長紀錄保持者是機遇號，該車服役時間超過了十四年，其姊妹型號勇氣號火星車也服役了六年多時間，兩輛車都是太陽能供電。

人們普遍認為勇氣號與機遇號都是因為火星塵覆蓋太陽翼導致發(fā)供電能力下降而壽終正寢，實際上這并非問題的全貌。

勇氣號火星車的車轍

勇氣號首先是出現(xiàn)了右前輪故障，后來又遭遇車輪深陷沙坑無法自拔的問題，而在此之前，利用火星風除塵的方法可以說是屢試不爽，使得能源供應一直處于一個較高的水平，這也是為什么勇氣號可以存活多年的重要原因。但是車輪深陷沙坑之后，車身移動成了不可能的事情，也就無法轉(zhuǎn)動車身利用火星風除塵，進而導致火星車進入低電量狀態(tài)，雪上加霜的是此時火星車又處于火星冬季的環(huán)境之中，低溫問題接踵而至，最終因為低電量+低溫雙重因素影響而中斷了與地球之間的聯(lián)系。

避障相機拍攝的勇氣號最后定格的位置

機遇號在服役十四年之后是因為一場火星塵暴結(jié)束任務，在塵暴期間火星車會進入休眠狀態(tài)，但是塵暴之后該車并沒有如期醒來，主要是因為車輛內(nèi)部的故障導致，而不是因為太陽翼表面的火星塵，因為塵暴之后火星塵的覆蓋量不僅不會增加，反而會大大減少，關(guān)于這一點已經(jīng)被此前的探測經(jīng)歷所證明。

機遇號火星車自拍

天問一號探測器的發(fā)射使得我國一步跨過了大洋彼岸近半世紀的探火工程技術(shù)積累，其標志就是超越勇氣號與機遇號，祝融號在諸多技術(shù)領(lǐng)域皆實現(xiàn)了對二者的超越。

為應對類似勇氣號的車輪深陷沙坑問題，祝融號在世界范圍內(nèi)率先應用了主動懸架，每一個車輪都可以進行抬輪操作，在此基礎(chǔ)上進行尺蠖運動、蟹行移動、車體提升與下降，機動靈活性遠遠超過了此前任何一輛火星車，如果遭遇柔軟沙地地形，可以直接通過尺蠖運動進行爬行脫困。

祝融號火星車主動懸架簡圖

祝融號火星車行進機構(gòu)測試

同時祝融號的設計可靠性在經(jīng)過充分的地面驗證之后也更為健壯，比如勇氣號當年剛登陸火星沒多久就因為閃存故障導致與地球失聯(lián)，而祝融號登陸火星近一年，一切狀況均為正常。

在能源供給方面，祝融號太陽翼除了具備上述一系列被動與主動防塵措施，更是應用了光電轉(zhuǎn)換效率超31%的三結(jié)砷化鎵太陽能電池，車身兩側(cè)太陽翼除具備傾倒火星塵功能，還具備一維對太陽指向功能，進一步提高復雜條件下的發(fā)供電能力，這些都是勇氣號與機遇號所并不具備的。

太陽翼一維轉(zhuǎn)動結(jié)合火星車行進方向的調(diào)整即可實現(xiàn)二維對太陽指向

結(jié)合上述種種功能來看，也難怪火星車設計師賈陽對祝融號的壽命有如此自信，該車設計壽命90個火星日，而實際壽命卻遠非如此。當有人說，等過兩年，過幾年再去挑戰(zhàn)高難度動作，賈陽對此說道，再晚點……走到有一天，萬一有點啥事的話，心里更能承受的時候，再去挑戰(zhàn)高難度動作。

言外之意，祝融號在未來幾年時間里都無需高難度動作加持，就可以安全度過在火星上的日日夜夜，由此可見其能力之強大，而高難度動作能力的具備，將使祝融號邁向更加遙遠的未來。

也有人說，既然太陽能電池翼的約束條件這么多，為什么不發(fā)展類似毅力號的核電動力？對此多位一線參研人員早已有回應，祝融號之所以不選擇核電動力，并非是因為技術(shù)上辦不到，而是資金與時間不允許。

畫面中間是玉兔二號月球車的核熱源

進入新世紀以來由于已經(jīng)錯過了多個火星任務窗口，我們已經(jīng)等不起拖不起，天問一號任務立項之后要求在5年時間里具備實施火星繞落巡任務條件，進入艙、著陸平臺、火星車、環(huán)繞器研制工作量已經(jīng)十分龐雜，還有時間約束因素。而太陽能電池翼即便對于NASA而言也沒有放棄，比如洞察號火星探測器。

火星采樣返回任務

在天問一號繞落巡火星工程目標完美實現(xiàn)的情況下，下一次火星采樣返回任務我們將實現(xiàn)真正的引領(lǐng)，我們將瞄準2030年前實現(xiàn)這一目標。反觀NASA近日已經(jīng)官宣將推遲火星采樣返回任務至少兩年時間至2030年以后，也就是說只要我們咬定青山不放松，那么人類首次火星采樣返回任務的桂冠就必然在我們手里。