敢为天下先：祝融号火星车的主动除尘功能，别人没有的我们可以有

能源供应水平的高低是衡量地外天体星球车工作状态的核心指标，近日，行星探测工程公布了一组天问一号探测器拍摄的影像图，其中祝融号火星车的近况颇受关注，与最初登陆火星时的外观对比，用“风尘仆仆”来形容是最恰当不过的，其车身覆盖了一层薄薄的火星尘。

大家都比较担心，火星尘覆盖会不会影响祝融号的能源供应乃至运行安全，有没有什么办法除尘呢？

祝融号火星车使用全景相机自拍：登陆火星之初的外观

祝融号火星车使用全景相机自拍：今年年初的外观

星球车登陆地外天体都需要考虑扬尘沉积的影响，扬尘轻则影响载荷设备的运行，重则影响整器安全。火星由于存在大气环境，其扬尘问题比之月球更为复杂。探测器着陆火星时的冲击、着陆平台反推发动机喷射羽流、火星风带来的火星尘沉积，甚至火星车行走都会激起扬尘，其中火星风带来的火星尘沉积影响最大，当火星尘覆盖火星车太阳翼的量越来越大，发电效率会显著降低。

有爱好者开玩笑说，看到祝融号有这么多灰真想上去给它擦擦。当然这是不现实的，那么究竟该如何进行火星车除尘呢？可以说祝融号改写了人类火星登陆探测器除尘的历史。

分离相机拍摄的祝融号火星车

火星登陆探测器除尘可以分为两大类，分别是被动除尘与主动除尘，在祝融号之前，除好奇号与毅力号两辆火星车之外，大多数火星登陆探测器均依赖太阳翼发电进行能源供给，它们都没有主动除尘设计，通常就是提高发电功率冗余，进而“硬抗”由发电功率衰减带来的影响，也就是说可以承受火星尘沉积造成的电力损失。

同时，在任务进行中探索了一些被动除尘方法。比如利用火星风进行除尘，刻意让火星车行驶到带有坡度的路面，在高速火星风的吹拂下可以带走一部分火星尘，前提是风力要足够大，因为火星尘颗粒通常都是带有静电的，吸附性较强，加上火星气压相较于地球要低得多。

MRO火星勘测轨道飞行器拍摄的火星尘暴前后

具有强风力的火星气象事件是“火星尘暴”，这个词一听起来就很厉害，多数情况下人们认为该气象事件会对火星登陆探测器的运行安全构成严峻挑战，因为遮天蔽日的火星尘暴会直接影响尘暴期间火星车的发供电能力，此时火星车只能关闭所有探测载荷，并转入休眠状态。

“火星尘暴”带来的挑战自然是有的，然而危机之中也孕育着新的生机，以勇气号与机遇号两辆火星车为例，它们每经历一次火星尘暴太阳翼发供电效率都会得到显著提升，就是因为火星尘暴带来的强劲火星风吹除掉了大部分的火星尘。

勇气号火星车表面沉积了大量的火星尘

火星尘暴吹走了勇气号表面大部分沉积火星尘

被动除尘是有局限的，有没有更为彻底的主动除尘办法？网友们纷纷建言献策，用刷子刷、用气锤吹、覆膜再撕膜等等，其实这些方法早在祝融号火星车设计之初都考虑过了，这些方法要么是除尘效果有限，要么就是占用探测器资源过多，都不具备可操作性。

人类以往的火星登陆探测器都没有配置主动除尘设计，祝融号可以有吗？别人有的，我们要有，别人没有的，我们也要敢为天下先。纵然主动除尘设计复杂，但是在总结吸取前人的经验教训基础上，祝融号还是应用了主动除尘技术。

首先，前文所述的那些被动除尘方法对于祝融号全部适用，主动除尘设计将在此基础上进一步强化除尘效果。

祝融号为主动除尘任务准备了两个小妙招：首先是在太阳能电池表面增加超疏基电池盖片，这是一种纳米级微观结构，可以减小火星尘颗粒与太阳能电池之间的接触面积，进而使得颗粒更容易被火星风吹走，除尘效率可达80%以上。此设计灵感来源于荷叶不被露珠浸润的原理。

敷设有超疏基电池盖片的祝融号火星车太阳翼

在超疏基电池盖片基础上，祝融号车身两侧的太阳翼可实现一维转动至垂直姿态，进而直接倒掉覆盖在太阳翼表面的火星尘。

祝融号火星车可实现一维转动功能的太阳翼

祝融号登陆火星已经有十个月时间，但是火星尘覆盖情况对比同类火星车要弱得多，这主要得益于超疏基电池盖片的作用，目前该车能源供应充足，还没有到使用太阳翼翻转除尘功能的地步。

在最新公布的祝融号照片上还可以看到，车身中部有透明的圆形开口，这是火星车热控系统的重要组成部分——集热窗，该装置内置正十一烷集热器，具备白天吸热夜晚放热功能，集热窗表面由一层薄膜与两根向上凸起的金属条与安装框组合而成，整体结构呈凸起状，目的也是为了避免聚集火星尘。

祝融号火星车集热窗

人类迄今为止总共成功部署了6辆火星车，分别是旅居者号、勇气号、机遇号、好奇号、毅力号、祝融号，其中服役时长纪录保持者是机遇号，该车服役时间超过了十四年，其姊妹型号勇气号火星车也服役了六年多时间，两辆车都是太阳能供电。

人们普遍认为勇气号与机遇号都是因为火星尘覆盖太阳翼导致发供电能力下降而寿终正寝，实际上这并非问题的全貌。

勇气号火星车的车辙

勇气号首先是出现了右前轮故障，后来又遭遇车轮深陷沙坑无法自拔的问题，而在此之前，利用火星风除尘的方法可以说是屡试不爽，使得能源供应一直处于一个较高的水平，这也是为什么勇气号可以存活多年的重要原因。但是车轮深陷沙坑之后，车身移动成了不可能的事情，也就无法转动车身利用火星风除尘，进而导致火星车进入低电量状态，雪上加霜的是此时火星车又处于火星冬季的环境之中，低温问题接踵而至，最终因为低电量+低温双重因素影响而中断了与地球之间的联系。

避障相机拍摄的勇气号最后定格的位置

机遇号在服役十四年之后是因为一场火星尘暴结束任务，在尘暴期间火星车会进入休眠状态，但是尘暴之后该车并没有如期醒来，主要是因为车辆内部的故障导致，而不是因为太阳翼表面的火星尘，因为尘暴之后火星尘的覆盖量不仅不会增加，反而会大大减少，关于这一点已经被此前的探测经历所证明。

机遇号火星车自拍

天问一号探测器的发射使得我国一步跨过了大洋彼岸近半世纪的探火工程技术积累，其标志就是超越勇气号与机遇号，祝融号在诸多技术领域皆实现了对二者的超越。

为应对类似勇气号的车轮深陷沙坑问题，祝融号在世界范围内率先应用了主动悬架，每一个车轮都可以进行抬轮操作，在此基础上进行尺蠖运动、蟹行移动、车体提升与下降，机动灵活性远远超过了此前任何一辆火星车，如果遭遇柔软沙地地形，可以直接通过尺蠖运动进行爬行脱困。

祝融号火星车主动悬架简图

祝融号火星车行进机构测试

同时祝融号的设计可靠性在经过充分的地面验证之后也更为健壮，比如勇气号当年刚登陆火星没多久就因为闪存故障导致与地球失联，而祝融号登陆火星近一年，一切状况均为正常。

在能源供给方面，祝融号太阳翼除了具备上述一系列被动与主动防尘措施，更是应用了光电转换效率超31%的三结砷化镓太阳能电池，车身两侧太阳翼除具备倾倒火星尘功能，还具备一维对太阳指向功能，进一步提高复杂条件下的发供电能力，这些都是勇气号与机遇号所并不具备的。

太阳翼一维转动结合火星车行进方向的调整即可实现二维对太阳指向

结合上述种种功能来看，也难怪火星车设计师贾阳对祝融号的寿命有如此自信，该车设计寿命90个火星日，而实际寿命却远非如此。当有人说，等过两年，过几年再去挑战高难度动作，贾阳对此说道，再晚点……走到有一天，万一有点啥事的话，心理更能承受的时候，再去挑战高难度动作。

言外之意，祝融号在未来几年时间里都无需高难度动作加持，就可以安全度过在火星上的日日夜夜，由此可见其能力之强大，而高难度动作能力的具备，将使祝融号迈向更加遥远的未来。

也有人说，既然太阳能电池翼的约束条件这么多，为什么不发展类似毅力号的核电动力？对此多位一线参研人员早已有回应，祝融号之所以不选择核电动力，并非是因为技术上办不到，而是资金与时间不允许。

画面中间是玉兔二号月球车的核热源

进入新世纪以来由于已经错过了多个火星任务窗口，我们已经等不起拖不起，天问一号任务立项之后要求在5年时间里具备实施火星绕落巡任务条件，进入舱、着陆平台、火星车、环绕器研制工作量已经十分庞杂，还有时间约束因素。而太阳能电池翼即便对于NASA而言也没有放弃，比如洞察号火星探测器。

火星采样返回任务

在天问一号绕落巡火星工程目标完美实现的情况下，下一次火星采样返回任务我们将实现真正的引领，我们将瞄准2030年前实现这一目标。反观NASA近日已经官宣将推迟火星采样返回任务至少两年时间至2030年以后，也就是说只要我们咬定青山不放松，那么人类首次火星采样返回任务的桂冠就必然在我们手里。