祝融号或正在自救？美探测器拍到中国火星车已被大量沙尘覆盖

　　NASA的火星轨道探测器（MRO）在2月21日公布了日前在火星轨道上不同时间拍摄的三张图，通过对比发现祝融火星车的表面已经被大量火星沙尘覆盖，而且还发现了一个非常诡异的现象，祝融火星车太阳能电池翼左右似乎覆盖不均匀，似乎正清理一侧的火星沙尘！
　　美探测器拍到中国祝融号火星车：已被大量沙尘覆盖
　　发布这个图片的是NASA的火星轨道探测器（MRO）的官网，是拍摄于不同日期三张图片对比照，时间是2022年3月11日，9月8日和2023年2月7日，如下图，分辨率很高，各位可以点开放大仔细看：
　　从去年9月8日到今年2月7日的位置再也没有移动过，不过这并不表示去年9月8日前仍然在活动。因为祝融号火星车在去年5月底就已经休眠了，这是由于MRO的分辨率很高，要对同一地点进行成像的话可能需要相隔很长时间，而且对祝融号探测器的成像可能只是一项＂顺带＂完成的任务。
　　去年3月11日时还在工作，太阳能电池表面一片蓝黑色，状态应该是非常好，9月8日已经发黄，今年2月7日时表面发黄问题更严重，但似乎左右侧有些不一样，右翼发黄比较严重，左侧还保留了一抹蓝黑色，似乎两侧存在比较大的色差？
　　为什么会出现沙尘多寡的情况：祝融号真可能在自救？
　　种花家在另一篇文章中就点出了这一点，结果有网友留言表示祝融号可能在自救！这个观点很不错，从理论上来看还真是有可能的，因为祝融号的太阳能电池还真能部分做到这一点！
　　目前在火星上的探测器电源来源有两种，一种太阳能电池，另一种是核动力，NASA的火星探测车有太阳能的，也有核动力的，一般情况下核动力门槛比较高，技术复杂，选择太阳能的比例会比较大，因为火星虽然平均日照水平只有地球轨道的大约1/5，但太阳能电池面积大点，配合下蓄电池应付下短期大功率输出也能解决问题。
　　毅力号屁股上有个大电池
　　不过火星上存在稀薄大气，每年的北半球秋冬季都会发生大大小小的沙尘暴，正常情况下也会有沙尘累积，据测算，正常无沙尘暴的季节里，火星表面探测器太阳能电池阵列的尘埃因子下降率平均值约为0.2%/天，这个下降速度挺快的，一个地球年下来就会下降到73%，基本就挂了。
　　洞察号被沙尘覆盖
　　当然火星上也不只是沉降，也会有季节性的风出现，这些风会清理太阳能电池上的沙尘，所以火星车的太阳能电池也算是能＂自我清洁＂，不过风这个问题是天然的，什么时候来，有多大，是一个无法预测的问题，因此祝融号除了风能解决问题的同时，还给出了一个人工解决的两个办法！1、除尘涂层技术；2、人工＂抖动＂重力除尘；
　　第一种方式是在太阳能电池表面覆盖除尘涂层，这是复旦大学科学团队设计研发的，这种涂层通过微纳结构设计和构筑，表面具有良好的疏水特性和耐火星环境能力，可显著降低火星尘埃与涂层表面的作用力。
　　据测算这种涂层可以让火星车太阳能电池衰减功率由9%/月（NASA机遇号）下降至约2%/月，简单的说就是有了涂层后沙尘不容易附着，就算附着了也更容易滑落，行驶中的振动、倾斜，还有火星表面的小气候比如风等，解决了太阳能电池发电效率的问题。
　　第二种方式人工重力除尘的方式比较绝，祝融号的蝴蝶翼太阳能电池总共有4块，分布在前后左右，其中位于车头方向左右翼的-Y_A和+Y_A的太阳能电池翼通过驱动机构可以实现展开、收拢，后侧2套蝶形太阳翼则通过弹簧机构实现一次性展开 ，前侧两个展收驱动电机可以在需要的时候工作，将其收起在大倾角斜度状态，让太阳能电池上的沙尘滑落，并且经过测试，滑落效果相当不错，除了在边缘状态下会有一些附着，绝大部分区域都会＂光亮如新＂。
　　因此有很多朋友认为祝融号已经开始除尘，从2月7日（两周前）的照片来看，还真是左翼前侧的太阳电池区域看起来更干净一些，左翼已经清理完毕，接下来就会清理右翼前侧，两块电池清理后将会给电池充电。
　　尽管只是一个猜测，但种花家真心希望祝融号能够苏醒过来并恢复工作，这是我国的第一辆火星车，是我国火星探测技术的集大成之作，它若在休眠后成功苏醒，那么对未来的火星探测工作具有相当大的指导意义。从祝融号热管理到休眠苏醒：究竟是什么原因延迟了那么久？
　　祝融号是从去年5月底开始休眠的，预计在12月初苏醒，之所以要休眠是因为火星的冬季实在是太冷了！火星是距离太阳第四远的行星，绕日轨道一圈大约需要686.98个地球日，相当于1.88年！半长轴（与太阳平均距离）为2.28亿千米，太阳辐射只有地球轨道的20%左右，这是其一。
　　其二则是火星自身的条件，火星直径为6780千米左右，大约为地球的一半左右，另一个与地球比较相似的地方是火星一天也是24小时左右，有一点点大气（气压只有地球的1%，大部分是二氧化碳）。这导致火星夜间温室效应不明显，赤道地区夏季中午也能到20℃~28℃左右，夜间可以低至-52℃！
　　另一个是火星的转轴倾角略大，公转轨道更椭圆，造成火星北半球的冬季在远日点，倾斜又没有足够的光照，比地球上极夜的南极还要冷，更麻烦的是还长达半年，火星的北半球冬季夜间更是可以低至-127℃，白天也在-20℃~-70℃之间。
　　祝融火星车：夜间保温，正十一烷相变
　　大部分电子设备需要在不低于-40℃的环境下工作，而火星夜间低温直接洞穿这个极限，为了度过寒冷的火星夜，祝融火星车的研发团队也是考虑了很多办法来解决低温问题：1、纳米气凝胶隔热的组合隔热技术解决舱体内外热隔离难题； 2、相变材料正十一烷蓄热放热解决夜间保温难题；
　　电子设备舱用纳米气凝胶隔热材料包覆，杜绝夜间内外热对流，降低散热达到保温的效果，而位于车体正中的两个大集热舱中的正十一烷则是主动热管理的重要组成部分：
　　白昼时太阳光透过集热窗，到达吸热板，被吸热板转化为热能传递给相变储能正十一烷和设备安装板下方的电子设备，一部分热能用来提升设备的温度，其余热能存储在相变储能装置中，转化相变材料的潜热和显热，在火星夜间时，随着舱内电子设备温度的降低，存储在相变材料中的热能释放出来给电子设备，实现电子设备保温能源供给，保证祝融号安全度过火夜。
　　上图第88个火星日时祝融火星车内部各处的温度，最大值是白天，最小值是夜间，温度指标是控制范围，看来已经完全达到了要求。
　　冬季则需要休眠以度过漫长
　　火星环境是比较复杂的，光照不足、沙尘漫天、冬日寒冷等情况在一个火星年中会全部遭遇，因此祝融火星车设置了多种工作模式以应对复杂环境：1、正常工作模式：火星天气晴朗时, 火星车能源充足，其工作内容包括：待机、太阳翼运动、感知、图像压缩、移动、探测及通信等； 2、最小工作模式：沙尘影响，太阳能电池功率无法满足正常工作时；3、休眠模式：沙尘重度影响，火星车将立即进入休眠状态；
　　判定的标准是一个火星日的亏电量，正常情况下太阳能电池满足工作还能充电，但轻度沙尘暴时仅能勉强满足工作无法充电，或者重度沙尘暴甚至无法满足日常工作，这两种情况就必须考虑最小工作模式或者休眠。
　　自主休眠模式
　　火星北半球冬季则会遭遇多个情况，光照不足，原本火星大气层顶只有地球光照的1/5，由于近日点远日点影响，火星夏季冬季光照变化还会达到±19%，加上北半球斜射影响，太阳能电池无法获得足够的光照满足日常工作，更无法充电，一旦开机会不断亏电，所以只能休眠！
　　另一个则是低温，白天气温就很低了，夜间更低，正十一烷甚至在白天都无法越过相变温度（-25℃），无法有效蓄热，这也导致只能休眠，两个叠加在一起，火星冬季祝融号火星车就只能休眠了。
　　从休眠中启动：祝融火星车要多少个步骤？
　　从休眠中启动有一个条件，每天的发电量必须大于或等于火星车每日最小工作模式的耗电量，否则将继续休眠，火星春季到来，北半球日照开始恢复，火星车满足退出休眠条件时：1、太阳电池发电通过唤醒负载电路为火星车舱内加热;  2、火星车唤醒后, 太阳电池发电通过MPPT电路进入母线为火星车供电； 3、设定唤醒后，唤醒电路中串联温度继电器控制蓄电池唤醒； 4、当蓄电池温度达到温度阈值后, 温度继电器闭合, 唤醒电阻产生的压差作用在唤醒继电器线包两端, 当太阳电池发电功率达到阈值后PCU电源得电，火星车唤醒；
　　唤醒电路原理图
　　仅有的信息无法评估祝融目前所处的状态，根据唤醒过程来猜测可能是太阳能电池被沙尘覆盖导致无法处在最小工作模式下，也有可能在休眠过程中发生了物理性损伤，比如电池或者其他电子设备等，唤醒无法继续或者处在失败放弃状态，当然我们更希望祝融只是因为光照不足，在未来光照条件更好一些时可以继续唤醒起来工作。
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