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主题:天问要问天 -- 心有戚戚

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  • 家园 【原创】祝融超能力

    祝融火星车登陆星后,将开展为期90个火星日(和地球日差不多)的科学探测任务。祝融将绘制火星地质结构图,调查水冰分布和土壤特征,分析火表物质构成,测量火星气候和电离层,还会探索火星的电磁场。

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    导航地形相机是祝融的眼睛,长在桅杆顶部,站得高看得远。和人眼一样,相机左右各一个,可获取三维立体图像。上图桅杆刚刚升起,祝融还两眼低垂。等到眼睛平视,就可将可见光数据通过天问一号轨道器上传到地球上。科研人员可以用来研究周围地形,发出导航指令。将来还可以让普通大众“登临”火星,甚至用VR眼镜身临其境。

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    祝融两个眼睛中间还开了“天眼”,以看到肉眼不能看到的光线:多光谱相机。祝融的多光谱相机拥有可见光以外的八个光谱通道,负责筛选火星表层元素,矿物质和岩石种类。

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    对感兴趣的矿物岩石,祝融将用“火眼金睛”仔细勘察:激光光谱仪。它可以发射上千千瓦高能激光脉冲,聚焦在0.1平方毫米面积的矿物岩石表面,局部气化物质。对产生的等离子体测量原子光谱,以准确获取物质元素的成分和含量。

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    对深入火表的物质和结构,祝融也有办法:次表层雷达。发射的微波可深入地表10至100米,探索火星土壤结构并寻找水冰。如果地下有水,人类将来移民火星的时候,也许可以挖洞穴居。

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    火星上气候不仅恶劣而且多变,风沙会对祝融的太阳能板和精密仪器产生危害。为此,祝融自己带了个气象站。其气象观测仪负责测量温度,气压,风速和方向,以检测火星表面的气象。在风紧扯呼的时候,不必硬刚,可以找个地方先窝起来。

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    祝融还有一个火星表面磁场探测仪,将和天问1号轨道器上的磁场仪共同探测火星磁场。天问1号轨道器上的磁场仪进行磁场普查,而祝融火星车上的磁场仪进行磁场详查。一般认为,火星也曾经有过全球磁场,以及大气和地表水。然而随着火星金属核的冷却,磁场逐渐消减,才变成现在这样一个荒漠。和地球上全球性的偶极磁场不同,火星上的磁场是零星和碎片化的。没有磁场将太阳风推开,火星大气被逐渐剥夺,水分子也不断流失。地球的运气好些,由于初期和另一颗火星般大小的行星相撞,两个金属核合并,得到了一个“超大”的地核,直至今日还没有冷却。而月球就是那次碰撞的”证据”:月球无核,月岩和地表成分差不多。即便如此,地核有朝一日也终将会冷却,到时会又会成为下一个火星。对火星磁场有更深入的了解不仅对地球的磁场演化打开“穿越”之窗,也有助于将来人类登陆火星作准备(比如在磁场较强的区域,可以得到更多的保护)。而且,人类将有史以来第一次经历可能来临的地磁逆转。 而地磁逆转的发生常常伴随着磁场强度的减弱,当地球磁场减弱到全部磁性的10%左右时,磁场方向将发生约180度的翻转。所以了解火星弱磁场和太阳风的交互作用,可以让人类在地球上未雨绸缪。

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    愿祝融这个火神能大火!

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    • 家园 【整理】祝融超能力详解 -- 有补充

      下为列表、方便阅读:

      1. 祝融御寒

      2. 祝融火眼

      3. 祝融验光

      4. 祝融发信

      5. 祝融透视

      6. 祝融治沙

      7. 祝融迈步

      8. 祝融日晷

      9. 祝融直播 + GIF

      10. 祝融越野

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      作者 对本帖的 补充(1)
      家园 【整理】祝融发声 -- 补充帖

      截至2021年6月26日,天问一号环绕器在轨运行338天,地火距离3.6亿千米,“祝融号”火星车已在火星表面工作42个火星日,累计行驶236米。环绕器和火星车工作状态良好。

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      可点击下图看细节(可见渐行渐远的着陆平台以及要去一看的背罩和降落伞)。

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      6月1日,火星车WIFI分离相机拍摄着陆平台与火星车合影,相机记录了火星车后退移动和原地转弯过程,这是人类首次获取火星车在火星表面的移动过程影像(还能听到祝融自己发出的声音)。

      愿祝融的脚印越来越长!

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    • 见前补充 4635667
    • 家园 【原创】祝融的火眼金睛

      祝融的火眼金睛“火星表面成分探测仪”由中科院上海技术物理研究所负责研制,主要部件是激光诱导击穿光谱仪(LIBS)。激光器对0.1平方毫米左右的区域发出瞬时功率达到百万瓦的强激光脉冲。光点处的矿物或岩石会瞬间被激光加热为等离子气体。光谱显微成像仪记录下气体的光谱。每次探测用时300毫秒,计算机再通过分析光谱得到元素的种类和含量。

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      祝融火眼用的是固体激光器中广泛应用的掺钕钇铝石榴石(YAG)激光器,激光发射波长为1064纳米。一般脉冲宽度达毫秒的YAG激光器单脉冲能量都可达到焦耳级别(1000mJ)。

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      储能装置应该是宇航级超低等效串联电阻(ESR)的钽质电容器。钽质电容器是电解电容的一种,其中以钽金属颗粒为阳极,外围有绝缘氧化物五氧化二钽膜作为介电质,外层有液态或是固态电解质为阴极。因为钽质电容器的介电层很薄,而且电容率较高,因此钽质电容器的单位体积电容比闪光灯用的铝膜电容要高,其重量也较轻(当然要贵很多)。即便如此,储能装置和激光器也有较大的体积和重量,使得激光光谱仪占了祝融有效载荷重量的一半以上。

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      如此“笨重”的YAG激光装置只能装在祝融的底盘上,而激光束通过可以二维旋转的反射镜投射到指定的位置。 所以祝融身上露出来的火眼金睛只是其冰山一角,底下除了激光装置还有光谱仪。

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      • 家园 【原创】祝融验光

        难道祝融得了近视需要验光?不是,是祝融的光谱仪需要在火星环境中校准。祝融有不止一个的光谱相机,用来识别火表岩石和矿物。最显眼的是桅杆头部两个可见光地形三维相机中间的多光谱相机。它可覆盖的光谱包括可见光到近红外的9个波段,以便让祝融对巡视区附近的矿物岩石进行划分。为了对多光谱相机进行标定、以获取更准确的火表物质光谱,祝融的尾部装有一块定标板。上面有一突出物体,应该是发光二极管(LED)作为定标光源。在火星上,红外背景等的干扰和地球上的不同。在地球上标定好的多光谱相机,到了火星上就会“水土不服”。所以需要用定标板来进行校准,去除干扰。

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        在真空环境中,光谱仪的标定就不容易发生变化。在天问一号环绕器上也装有火星矿物光谱分析仪,获取火星表面可见光至中波红外宽谱段的光谱成像数据,也就是从400纳米到3400纳米。其不仅涵盖的谱段宽,而且光谱分辨率达4纳米(相当于看彩虹分辨出576个不同颜色),为矿物资源分布和火星地质环境的探测提供科学数据。火星矿物光谱分析仪采用推帚式成像。相比普通相机一次只看一个谱段的信息,推帚式成像可以同时看到576个谱段,然后就像扫帚一样随卫星运动向前扫动,得到不同位置目标的几何形状信息。为了把火星矿物的红外信号测得更准,研究人员突破了红外背景抑制、组合定标等关键技术,在地球上就用各种方式将火星矿物光谱分析仪校准好了。

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        除了多光谱相机,祝融上的火星表面成分探测仪带有对激光加温产生的等离子体观测的激光诱导击穿光谱仪(LIBS),覆盖从紫外到近红外的光谱(240-850 nm)。另外,表面成分探测仪还带了近红外光谱显微成像仪(SWIR)和微成像相机,都放置在反射镜下方的透镜底下,类似于一个大号的单反相机。SWIR覆盖850~2400 nm的光谱,用于矿物和岩石的仔细分析和识别。微成像相机的分辨率达900~1000 nm,可以获得探测目标的高空间分辨率图像。在桅杆上多光谱相机筛选出感兴趣的岩石矿物后,祝融再用SWIR对目标进行详查。确定了取样点后,微成像相机进行摄像和瞄准。然后固体激光器发出1毫秒左右的强脉冲,由LIBS光谱仪对所产生的等离子体进行记录,300毫秒内搞定。

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        对于相同的物质,一样的激光脉冲在火星上产生的等离子体和在地球上的也不同,所以也需要标定。美国2011年发射的“好奇号”火星车上有一台称为化学相机(ChemCam)的LIBS,安装了一个激光定标板。由于天问一号火星探测与法国建立了双向的数据开放合作,通过法方的牵线搭桥,同样规格的定标板这次也分别安装在了美国“毅力号”火星车和祝融上。在火星上,祝融将用激光在标准样本上打出的定标等离子体来校准LIBS光谱仪。

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      • 家园 祝融有没有拍照的功能?

        我的意思除了这种科学仪器以外,能不能拍类似老美那样的老百姓看得懂的照片啦视频啦之类的

        上去这么多天啦,啥消息都没传回来,不会像苏联那样悄无声息了吧,这个着陆看来风险真的不小,老美还是有点哈数的

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        • 家园 照片来了

          前视(全色/黑白)

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          后视(彩色)

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          • 家园 祝贺。

            晚上加鸡腿。

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            • 家园 【原创】祝融迈步

              祝融马上就要迈出火星第一步,这一刻会被记录下来,就像玉兔2号踏上月球背面。

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              祝融发回的第一张全色黑白照片是避障相机所摄。避障相机前后各两台,用广角镜头对进退方向进行观察。

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              在火星上,避障相机让祝融尽量避开每一块尖锐的石头,以免弄伤“脚”,免得像好奇号火星车,两年就作拿破轮状、准备养老。

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              首张黑白照片上面有祝融的右前轮,所以拍摄的应该是右前方的避障相机。导轨上有防滑条,和金属车轮横凸纹“咬合”,让祝融不用担心会坐滑滑梯。祝融踏上火星的那一刻有至少7台相机从各种角度拍摄。着陆器平台左前方有一个专门拍摄祝融“证件照”的相机,那时会拍摄到祝融下平台过程中的底盘。靠近祝融有两个3镜头装置,错开角度放置,每个镜头管60度,6个做到360度无死角,可以拍到祝融绕着着陆器平台画圈。

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              下导轨的时候,避障相机前后配合、保证祝融安全接地气。这一步祝融在地球上已经训练了好多次了:为了模拟火星重力,还套上了减重力索和传力构件, 让六个轮子和导轨的受力和真实情况一致。那时,处在胚胎阶段的祝融还没装太阳能电池、靠着脐带供电呢。

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              着陆器平台上也没有安装太阳能电池,这些相机又是如何得到电源,所拍摄的影像又如何上传地球?平台上用了一次性的锂氟化碳电池组,对着陆器在和环绕器分离后供电。和锂离子电池相比,锂氟化碳电池是锂金属电池,不能充电,但较轻(减重了5公斤),而且比较耐受高低温,可长寿命贮存和大电流放电。在“恐怖9分钟”里,锂氟化碳电池组大电流放电,保证着陆器上的控制系统,雷达和摄像头的工作,功不可没。目前,着陆器平台上的电池发挥余热,供电给多个相机给祝融摄像。着陆器平台上也有特高频UHF天线,和祝融上的天线通连就可分享照片和录像。这些影像再由祝融通过天问一号的中继传到地球,我们就可以看到祝融在火星上的行动了。

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