設計壽命僅90天,超期服役的天問一號已經失聯,究竟發生瞭什麼?

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天問一號是我國第一個行星探測器,未來我國的行星探測器也將以天問繼續命名。而我們的行星探測第一站選擇瞭人類最關註的太陽系行星——火星。目前火星最重要的是一個技術驗證平臺,如今實現無人登陸探測火星的國傢隻有中美而已。

作為我國第一款行星探測器,天問一號的設計相對保守一些,我們隻確定瞭90天的設計壽命,和美國早期的一些探測器一樣。確定90天這個設計壽命,不是說探測器隻能保持這麼久的壽命,而是在這個期間,預計可以完成所有的包括探測器工況研究、科研在內的目的。如今天問一號著陸火星已經快半年瞭,也已經超出瞭90天的設計壽命。

接下來將利用搭載的科研設備進行更多的探測活動。而天問一號也打破瞭我國諸多裡程碑,是我國目前飛行距離最遠、著陸難度最大的探測器,由於火星和地球之間的距離,發射時必須提前,也就是地球相對於火星的位置提前時發射,和太陽之間連線的話大約是45°的夾角,然後利用轉移軌道不斷地接近火星軌道,當火星引力足夠大時就可以俘獲探測器。

不出意外的話,天問一號也將遠遠超出它的設計壽命,就像美國的好奇號、機遇號等探測器一樣,天問一號具體能服役多久不知道,美國的好奇號等設計壽命也就幾個月,但是都超期服役十來年瞭,機遇號失陷於沙丘而失聯,好奇號仍然在工作。天問一號前期的工況研究(為瞭後續的探測器設計)已經完成,持續移動距離也超過瞭1000米,測試瞭多種路況。

然而,近日天問一號已經失聯,行星探測計劃還在持續地保持聯絡,期待天問一號的復蘇。而目前火星上所有的探測器基本上都是失聯狀態,美國的也不例外,好奇號、洞察號、毅力號火星車及機智號無人機都失聯瞭,話說火星上的探測器除瞭美國也就我國瞭。火星究竟發生瞭什麼,導致這麼多探測器一道失聯?

失聯這個詞值得琢磨,隻是探測器和地球之間失去瞭聯系,並不代表著損壞。如今的地球和火星的距離是最遠的時候,而火星探測器的信號本身就不是很強,需要靠火星軌道上的探測器中轉信號,天問一號祝融號巡視器也是靠軌道器實現和地球的聯系,我們是一次性實現繞、落、巡,所以火星軌道上還留著一個軌道器,負責一定科學探測任務的同時中繼信號。

當幹擾足夠強烈的時候,中繼衛星也難以承擔信號的中轉。而目前火星上的探測器就面臨著幹擾過強的情況,那就是日凌現象。所謂的日凌,在地球上是指太陽、通信衛星和地面衛星接收天線恰巧又在一條直線上,那麼太陽強大的電磁輻射會對衛星下行信號造成強烈的幹擾。太陽強烈的磁場和太陽風暴,都會造成信號的幹擾。

而這時地球和火星、太陽大約處於一條直線上,太陽介於地球和火星之間,本身太陽巨大的體積就已經可以阻擋信號,因為信號屬於電磁波,基本上是直線傳播(或者說沿著最短路徑傳播,可是太陽質量較小,造成的空間彎曲不足以強烈扭轉電磁信號的傳播路徑),太陽又發出很強烈的電磁幹擾,這就造成地球和火星之間不能通訊。

由於火星和地球之間的距離遙遠,通訊都不是實時的,所以科學傢們給探測器編程,使它們有一定自主避障行走、探測的能力,但是由於日凌現象會持續一段時間,大約需要半個月左右,所以保險起見,根據天文觀測,在日凌之前都需要讓探測器睡眠,等日凌現象結束之後再聯系喚醒探測器繼續探測活動。

所以探測器的失聯是正常的,不過由於太陽、火星、地球三者的運行規律,加上太陽的日冕會有漲落現象,在日凌前後的幾天內還會遭受通訊受影響,此時也不利於探測活動的開展,需要等待影響最低的時候再重啟探測器。還是那句話,火星和地球距離遙遠,無人探測器又沒有自我修復的能力,所以必須在這時候停止運行進入睡眠,大約會沉睡1個多月時間。

日凌現象是一個威脅,另外的威脅就來自於火星的氣候,·火星偶爾也會刮起遍佈火星的沙塵暴,機遇號就是失陷於沙丘、太陽能板被覆蓋之後電力匱乏而失聯,天問一號未來也可能遭受這樣的影響,不過天問一號的太陽能板可以震蕩,可以清除部分的沙塵威脅。總之,希望天問一號多多保重,未來給我們帶來更精彩的火星圖像和科研成果。

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  • 本文由 发表于 2021年10月7日
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