朱荣:靠什么巡逻去探索火星
嘉阳
2020年发射窗口，中国的朱荣号和美国的毅力号火星车同时升空，目前两者都在火星表面进行探测活动因此，中国成为第二个在火星上进行巡视探测的国家，也是唯一一个同时在月球和火星上进行巡视探测的国家
火星车朱荣到达火星表面后，有关部门公布了火星车拍摄的照片，引起了广泛关注特别是当我们看到使用WiFi分离探头从第三方视角拍摄的火星车和着陆平台的照片时，大家纷纷称赞火星车朱荣，并把这张照片称为荣蓉拍陆璐
日前，火星车朱荣已经在火星表面工作了75个火星日，并于当日完成了第二个沙丘地貌的科学探测之后，它将使用表面成分探测器和多光谱相机等科学有效载荷，对更多目标进行详细探测
可以说，人们已经学会了和的可爱和执着那么，它的技术特点是什么我们来看看
我们的设计定位是第二代半
在设计火星车之初，有国外专家询问中国第一辆火星车的设计方向对于这个问题，我们给出了答案:美国在过去的25年里已经研发了三代火星车单从重量来看，第一代10公斤，第二代100公斤，第三代1000公斤，各方面能力都在不断提升我们的火星车朱荣重240公斤，仅从重量上来说属于第二代
伴随着技术的发展，我们朱荣火星车的设计定位是第二代半这种额外的半代主要体现在火面运动，生存和自主技术的进步上
主动悬挂不怕任何地形
火星的表面地形复杂，包括陡坡，大岩石和松软的沙子美国火星车在工作过程中遇到了难以攀爬的砂土陡坡，一直陷在沙子里无法移动火星车朱荣采用主动悬挂移动系统，旨在使火星车在复杂地形条件下具有较强的通过能力
在平坦的硬路上行驶时，火星车保持主动悬架机构的主动关节锁定，悬架退化为被动悬架如果遇到高石头障碍物，可以使用主动悬架来提升车身在难以通过的松软沙地，特别是车轮因大幅度下沉而无法顺利通过时，可以利用尺蠖运动来摆脱困难
首先，两个前轮向前移动，而中后轮不移动，车身高度逐渐降低然后，前轮不动，中后轮向前在这个过程中，车身的高度逐渐上升然后，继续重复上述过程虽然这种尺蠖的运动效率比较低，但是在沙地上摆脱困难的效果还是很好的
集热窗旁的保暖
火星的表面温度很低在火星车的顶部，安装了一个类似望远镜的装置，叫做集热窗车窗内有一层薄膜，使可见光可以顺利通过，但车身发出的远红外线无法通过，从而达到保温效果
阳光通过集热窗后，能量通过相变被一种叫做十一烷的物质储存火星白天温度升高，这种物质吸热融化，当夜间温度下降时，这种物质会在凝固过程中释放热能能量转换方式改为光能—热能—相变能—热能，效率可达80%以上
目前火星正值盛夏，朱荣火星车会感觉有点热可是，火星在秋天到来后，这种收集热能的能力将显示出它的有效性
太阳能电池可以去除像荷叶一样疏水的灰尘
在火星表面工作难免会受到火星尘埃的影响最直接的影响就是降低太阳能电池的输出功率由于火星车工作所需的电能来自太阳能，如果电能不足，火星车只能在火星表面休眠
夏天，我们观察荷叶上的水滴，会发现荷叶和水之间没有渗透，荷叶在风中摇曳时，水滴很容易滚下来借鉴自然界荷叶的疏水原理，研究人员在电池盖上添加了超疏水微结构这些结构的尺寸小于火星尘埃颗粒的特征尺寸当火星尘埃与它们接触时，就相当于与纳米尺度的针床而不是飞机接触这大大减少了火星尘埃颗粒与电池芯片的接触面积，从而削弱了它们之间的附着力，使火星尘埃难以沉积，即使沉积后也更容易清除
火星车采用超稀疏电池盖，其中两个太阳翼也可以调节到垂直状态，方便火星尘埃下滑。
制备超疏水微结构的方法有很多，在火星上采用的是湿法化学刻蚀测试表明，改进后的太阳能电池除尘效果达到80%以上，尤其是对于粒径在75 ~ 125微米的粉尘颗粒，除尘效果可达95%
决定什么时候睡觉，什么时候起床
火星表面也会出现局部沙尘天气，严重时甚至会蔓延到火星大部分地区，成为全球性的沙尘暴美国火星车机遇号已经在火星表面工作了15年，但由于严重的沙尘天气而中断
火星车朱荣是如何应对如此多尘的天气的开发人员为其设计了自主睡眠唤醒功能也就是说，火星车会根据不断变化的环境决定什么时候睡觉，什么时候起床
在火星表面，当风速逐渐上升，出现沙尘天气时，火星车首先感觉到太阳能电池板输出的功率不够每次黄昏，电池都应该充满为什么今天这么少火星车很快计算出明天工作需要多少电如果结论是差不多，那么火星车会减少工作设备，通过收紧天等到第二天，如果结论是糟糕得多，今晚不够用，那么火星车将立即休眠，整个系统将被切断
这时，火星车朱荣有必要过艰苦的生活设备的温度越来越低，最低温度可达—100以下即便如此，火星车也只能在寒冷中睡觉
觉醒的必要条件有两个:一是等到沙尘天气过去，太阳越来越强，大气变得清澈透明，火星车太阳翼的发电能够维持正常工作，二是火星车关键设备温度满足工作要求，如电池能正常充电
了。
等条件都满足了，不需要地面控制，火星车会自己苏醒，继续工作。
图像压缩算法一展强大功能
对陌生环境进行探索，图像信息无疑是最直观也是最核心的信息图像信息中含有相当多的时间和空间冗余，因此图像信息的数据量非常大
火星车执行任务的前3个月，火星与地球之间距离为3.2～3.8亿千米，从火星到地球的通信链路带宽受到很大限制，在深空数据源端对图像进行压缩，无疑是提高信息回传效率的必由之路深空探测器资源宝贵而有限，火星车的数据处理能力不会像地面计算机这样强大因此，需要根据火星探测任务的应用需求，统一考虑图像数据的压缩及传输两个环节，设计最优的图像数据压缩及传输方案
针对火星探测任务中图像压缩处理需求，科研人员专门为祝融号火星车设计了图像压缩算法，实现了多种相机数据存储管理，图像压缩比灵活控制，质量渐进性传输，感兴趣区域优先编码，抗误码扩散和图像缩略图生成下传等功能，满足了火星车可靠，高效，灵活的图像应用需求。
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