祝融号火星车能存活多久？车顶两扇天窗是关键，太空版蔬菜大棚

祝融号火星车设计寿命是90个火星日，自登陆火星表面算起，事实上早在三个月前它就已经完成了工程总体要求的寿命指标。然而在正式宣告完成既定探测任务之后，祝融号并没有停下自己的脚步。

分离相机拍摄的祝融号火星车

后续又连续经历了火星表面巡视探测第100个火星日、行驶里程突破1000米、进出日凌等多个任务节点，截至第174个火星日，祝融号行驶里程达到了1253米。

那么问题来了，祝融号究竟能在火星表面存活多久？天问一号探测器系统副总设计师贾阳对这个问题曾有过一段经典的“凡尔赛”。

祝融号“回眸”对进入舱背罩成像

此前他与操控祝融号火星车的团队成员交流时这样说道，我倾向于比你保守一点，（趁）现在祝融号还有点热闹劲儿的时候，先让它忙它的。

此时旁边的人开玩笑说，等过两年，过几年。

贾阳接话：再晚点……走到有一天，万一有点啥事的话，心里更能承受的时候，再去挑战一些难度系数更高的动作。

祝融号火星车后避障相机成像

此番对话表明祝融号实际寿命不是以“月”为单位计算，甚至不仅是几年，而可能是十几年，这样看来等到我们火星采样返回任务实施之际，祝融号大概率还在“加班”。至于原先90个火星日设计寿命的指标设定也是基于空间探索高风险因素的国际惯例。

祝融号火星车日凌期间，地面应用系统副主任设计师曾兴国也披露了两个抢眼的数据，他指出，接下来祝融号首先要到达现在火星车南部大概两公里左右的一个地区，并在那里探测不明沉积物。再之后，就是想去在它南部大概20公里左右分布有很多疑似泥火山的一个地区。

巡视探测的新目标

简而言之，2公里是一个小目标，20公里则是一个大目标。

NASA的机遇号与勇气号可看作是祝融号的同类火星车，勇气号在火面存活了6年9个月12天，穷其一生也只走了7.73公里，机遇号则存活的更久，在约十五年时间里走了45.16公里。

勇气号火星车

祝融号作为人类部署地外星球最为先进的太阳能火星车，有着更加卓越的行驶性能，因为它是当今世界唯一一款部署地外天体基于“主动悬架”设计的漫游车。具备直线行驶、原地转向、越障、爬坡、曲率行驶、蟹形移动、尺蠖运动、抬轮等行驶功能，其机动性能居于世界领先水平。它能在更短的时间周期里通过复杂路况与脱困，更高的效率意味着它可以用更短的时间来实现既定探测任务，具体到行驶方面，就是可以走得更快更远。

祝融号在火星原地转向（分离相机拍摄）

然而即便如此，20公里这个大目标仍然需要几年时间才可以实现。那么，祝融号持续开展巡视探测的底气究竟在哪？它真的可以在火星表面存活这么久吗？

近年来，我国航天器的可靠性表现可以说是非常惊艳，比如嫦娥三号着陆器登陆月面后至今已有将近8年时间，但它仍然在长期管理运营模式下正常工作，该探测器是目前人类部署月球寿命最长的月面探测器。

嫦娥三号着陆器

首登月球背面的嫦娥四号着陆器与玉兔二号月球车更是发扬了长寿优势，后者也已经成为人类部署在月球表面展开巡视探测时间最长的月球车。

玉兔二号月球车

有鉴于此，接下来旨在对月球进行全方位探测的嫦娥七号设计寿命就将瞄准8至10年，设计寿命都这么长，实际寿命呢？这个问题只能留给未来了。

嫦娥七号任务

祝融号所在的火星与月球环境差异性很大，月球表面是高真空，月球车面临的问题是极高温与极低温的交变，以及月夜带来的超低温，火星虽然距离太阳相较于月球更远，但在稀薄大气的作用下温度却是相对改善了一些，但即便如此着陆点也是在零下3摄氏度至零下103摄氏度的温区，热控问题依旧突出。

嫦娥三号、嫦娥四号、机遇号、勇气号这些地外天体探测器虽然都是太阳能发电，但它们也都配置了同位素热源辅助热控，反观祝融号是没有的，那么它是如何抵御火星的低温侵蚀呢？

玉兔二号月球车的同位素热源

早在天问一号登陆火星公布的首批影像图中就已经揭晓了答案，在下面这张祝融号火星车使用地形导航相机拍摄的自拍照中展示了车体顶部的一个圆形开口（实际上有两个），它就是火星车的集热窗。

车身顶部的圆形开口就是集热窗

祝融号是一辆将太阳能利用到极致的一辆火星车，比如，为了加强发供电能力专门针对火星环境设计了火星版三结柔性砷化镓电池，然而如果单纯依靠电加热，且不论发电能力是否足够，其热转换效率也是很低的，最多也就是30%至40%的区间，而集热窗技术可以将能量转换效率提升到80%。

集热窗原理与蔬菜大棚是一样的，就是尽可能多的吸收光能，又要能留存热能。这就要求这扇窗户具备太阳光谱能量高透过率，以及远红外光谱低透过率，同时窗户又要尽可能地轻质化，设计人员选择了包括钢化玻璃、有机玻璃、石英玻璃在内的很多材料，但这些材料要么是抗拉强度不足，要么是超重，都不行。

祝融号的两扇天窗“集热窗”

最终经过多轮迭代，设计人员跳出“玻璃”的桎梏，基于聚酰亚胺材料设计了一种厚度只有几十微米的薄膜，重量也只有几十克，完美地实现了工程总体设定的重量约束指标。

集热窗薄膜张紧靠的是安装框与两根交叉的钢丝，钢丝形成一个向上的力使集热窗形成上凸造型，目的是避免火星尘土在集热窗上的聚积。

当太阳光进入集热窗，下面就是填充正十一烷材料的集热器，这种材料的熔点是零下26摄氏度，白天的时候它可以吸热融化，到了夜晚温度降低则逐渐凝固从而实现放热，如此周而复始就能够满足火星车的热能需求。集热器外表面还有高太阳吸收率低红外反射率的热控涂层，其设计目的与集热窗一样，为的也是尽可能多的吸收光能，并留存热能。

分离相机拍摄的祝融号火星车

集热窗技术由于没有太阳能电池这个中间商，将能量的转换方式变成了：光能—热能—相变能—热能，进而实现高达80%的光能利用效率。

只解决热能供给问题对于祝融号而言还是不够的，火星由于有大气存在，因此也会形成对流，这一点不像月球上的探测器，所以还需要给火星车穿上一件保暖衣。

气凝胶隔热材料

这件保暖衣与集热窗系统一样，都需要轻质化，同时还要有优异的保温效果。为此设计人员提出使用气凝胶隔热材料，首先它很轻，轻到什么程度？轻到放在花朵上都足以支撑。同时它又有良好的隔热效果，好到什么程度呢？好到用火焰灼烧，放在材料另一面的花朵不会枯萎。

有了集热窗+气凝胶隔热材料的保障，祝融号就可以长期保持强健的体魄，进而驶向火星的远方，去探索更多火星的未解之谜。