NASA“好奇号”火星探测器刚刚进行了一次核心升级

好奇号探测器执行火星探测任务已有十三年，现在它比以往任何时候都更加智能高效。全新的多任务处理能力、自主睡眠以及巧妙的工程改进，使其在探索古老火星地貌、寻找昔日宜居性迹象的过程中，始终保持着强劲动力和灵活机动，工程师们对这辆六轮探测器进行了升级，使其自主性更强，并能够同时执行多项任务。

这张照片拍摄于2025年7月26日，当时NASA的“好奇号”火星车正在同时向火星轨道器传输数据。将这样的任务结合起来，可以更有效地利用“好奇号”核动力装置产生的能量。图中可见，好奇号核动力装置位于火星车尾部，排列着一排排白色的尾翼。图片来源：NASA/JPL-Caltech

这些改进旨在最大限度地利用好奇号的电源——一台多任务放射性同位素热电发电机（MMRTG）。通过提高效率，好奇号能够利用充足的能源储备，继续探索火星是如何从一个拥有湖泊和河流的星球演变成我们如今看到的寒冷干旱的。

这张照片与上图“好奇号”7 月 25 日拍摄的马赛克照片相同，图中标注了近期改进火星车效率的关键部件，以及远处几个显著位置。图片来源：NASA/JPL-Caltech

最近，“好奇号”抵达一片覆盖着奇特地质图案的区域，这些图案被称为箱形构造。据信，这些错综复杂的山脊是数十亿年前地下水留下矿物质时形成的。这些构造横跨夏普山（一座高达3英里（5公里）的高山）的这片区域，绵延数英里。它们或许能为了解火星逐渐向干旱过渡期间，地表下是否可能存在微生物生命提供线索。这些发现或许能加深科学家对火星宜居时间的理解。

探索这些特征需要大量的能源。除了驱动并使用机械臂检查岩石表面和悬崖之外，好奇号还必须为无线电、摄像机和10台科学仪器供电。此外，还需要多个加热器来确保其电子设备、机械装置和传感器在火星恶劣条件下正常运转。早期的任务，例如“勇气号”和“机遇号”火星车以及“洞察号”着陆器，都依靠太阳能电池板为电池充电，但这种方法始终存在阳光不足的风险。

好奇号及其更新的“毅力号”则依赖于MMRTG核动力源。该系统利用钚颗粒衰变产生的热量发电，为火星车的电池充电。这些动力装置以其耐用性而闻名（旅行者号的两艘航天器自1977年以来一直使用RTG运行），可以维持任务运行数年。然而，随着钚燃料的逐渐衰变，电池充电需要更长的时间，这意味着每天用于科学活动的能源会减少。

动画展示了NASA“好奇号”火星车的拟定路线，该车正在攀登火星夏普山的低地。地图的注释版本标注了未来几年与“好奇号”合作的科学家们希望探索的不同区域。一段航拍视频对这些区域进行了更详细的解释。图片来源：NASA/JPL-Caltech

该团队精心管理火星车的每日电力预算，将所有耗电设备都考虑在内。虽然这些组件在发射前都经过了广泛的测试，但它们是复杂系统的一部分，只有在极端的火星环境中历经多年后，才能显露出自身的特性。尘埃、辐射和剧烈的温度波动会引发工程师们无法预料的极端情况。

“在任务初期，我们更像是谨慎的家长，”NASA南加州喷气推进实验室的雷达尔·拉森（Reidar Larsen）说道。该实验室负责建造和运营这辆火星车。拉森带领着一组工程师开发了这些新功能。“这就像我们十几岁的火星车正在逐渐成熟，我们相信它能承担更多责任。小时候，你可能一次只做一件事，但随着你长大成人，你就学会了同时处理多项任务。”

通常，喷气推进实验室的工程师会向好奇号发送一份任务清单，要求它在一天结束后小憩片刻补充能量，然后逐一完成。2021年，该团队开始研究是否可以安全地合并两到三个火星车任务，从而减少好奇号的活跃时间。

例如，好奇号的无线电会定期向经过的轨道飞行器发送数据和图像，轨道飞行器再将数据和图像转发回地球。好奇号火星车在行驶、移动机械臂或拍摄图像时，能否与轨道飞行器通话？整合任务可以缩短每日计划，减少加热器开启和仪器准备就绪的时间，从而降低能耗。测试表明，好奇号火星车可以安全地做到这一点，所有这些现在都已在火星上得到成功验证。

2025年7月24日，好奇号探测到这块形似珊瑚的岩石。该探测器发现了许多由古代水流沉积的矿物形成的岩石。图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS

另一个技巧是让“好奇号”在提前完成任务时自行决定是否小睡。工程师们总是会提前估算一天的活动时间，以防万一出现意外。现在，如果“好奇号”提前完成这些活动，它就会提前进入睡眠状态。

通过让火星探测车自行管理睡眠时间，在第二天的计划开始前，需要充电的时间更少。即使只是从单次活动中节省10到20分钟，从长远来看，也能最大限度地延长MMRTG的使用寿命，以便在未来进行更多的科学和探索。

事实上，多年来，该团队一直在为“好奇号”开发其他新功能。一些机械问题导致机械臂岩石粉碎钻头采集样本的方式需要重新设计，驱动能力也通过软件更新得到了增强。当安装在“好奇号”旋转“头”桅杆上的两个摄像头中的一个摄像头的滤色轮停止转动时，团队开发了一种解决方法，使他们能够捕捉到同样美丽的全景图。

JPL 还开发了一种算法，用于减少好奇号车轮因岩石磨损而产生的磨损。尽管工程师们密切监测任何新的损坏，但他们并不担心：经过 22 英里（35 公里）的行驶和广泛的研究，很明显，尽管有一些穿孔，但车轮仍然可以行驶数年。（在最坏的情况下，好奇号可以移除车轮“胎面”受损的部分，并继续在剩余部分行驶。）

这些措施共同发挥作用，让好奇号保持一如既往的忙碌。

编译自/scitechdaily