祝融征服火星｜驾驭神火之翼，探索火星秘密

介绍

“正月，其帝为炎帝，其神为祝融。”

——《礼记》

2020年7月23日，随着一道闪光，中国首辆火星探测器“祝融号”从海南文昌航天发射中心缓缓升空，承载着14亿人的星空梦想，奔向4亿公里外的火星，正式踏上这一火星探索之旅。“祝融号”的探测任务是中国行星际探索的重要一步，标志着中国在深空探测领域取得重要进展。

以火神的名义，探索火星的秘密

在古代神话传说中，有五行之官：“火之官，谓之祝融”。

——《左传》

4月24日上午，我国首辆火星探测器名称正式公布，经过全球命名大赛、专家评审、网络投票等环节，“祝融”最终脱颖而出，成为中国首辆火星探测器的名字。

祝融是中国古代神话中的火神，是三皇五帝时期掌管火的官，被尊为中国传统文化中最早的火神，象征着中华民族的祖先用火照亮大地，带来光明。在古汉语中，“祝”的本义是上古时期主持重大仪式的部落首领和宗教领袖，“融”是光明的意思。因此，“祝融”就是祈求光明的意思，可以引申为对光明的追逐和向往。

中国首辆火星探测器被命名为“祝融”，寓意点燃我国星际探索之火，引领人类继续探索和超越浩瀚星空和未知宇宙。“火星探测计划对人类意义重大，‘祝融’也将给人类和地球带来光明和希望。”在邝顺年看来，中国人把航天梦藏在名字里。承载着人们对宇宙想象的“祝融”，将在航天领域继续追光。

乘着祝融之翼，征服火星

2020.7.23

搭载着祝融号火星探测器的天问一号探测器从海南文昌发射中心发射。

2021.2.10

天问一号探测器成功捕获火星并进入火星轨道。

2021.5.15

搭载“祝融号”火星探测器的着陆器成功着陆在火星乌托邦平原南部。

2021.5.22

祝融号火星探测器安全离开着陆平台，开启火星探索之旅。

2021.5.22

--2022.5.18

祝融号正在对火星进行探测，并不断发回图像和火星探测数据。

2022.5.18

祝融号火星探测器进入休眠模式。

珠荣高新

火星探测器移动系统

机动系统是祝融号火星探测器的关键子系统，是实现火星探测器机动功能的核心装置，其机动性能的好坏直接决定了火星探测与巡逻任务的成败。

存在的问题

（1）火星地面松软，容易下陷

火星地形复杂，大气存在引起的沙尘暴容易形成软沙，有些沙地表面是风化层形成的硬壳，但内部却是软沙，容易在毫无征兆的情况下造成深度沉降。机动系统需要能够在火星表面非结构化、复杂的环境中长距离行进，安全到达指定位置，并保证自身的安全稳定运行。这就要求系统具有良好的通过性能，以及脱离大面积沉降等困境的能力。

（2）火星表面多岩石，车体易受损

火星表面岩石较多，突起较高，火星表面岩石密度远高于月球，戈壁沙漠或坚硬岩石地面上的岩石会对车轮施加很大的力，造成车轮损坏。

解决方案

祝融号火星车的设计采用了主动悬架结构，这种悬架结构可以让火星车主动抬起车身，躲避障碍物。在主动悬架的基础上，科学家还创新性地研制出了轮踏式机动系统，也就是说，依靠这六个可以独立移动的车轮，祝融号火星车不仅可以直线行走、原地转弯、边走边转弯，还可以爬行或者侧移，避免在难以攀爬的沙质陡坡上超火神途，火星车被卡住。具体来说，火星车的机动系统依然采用六轮驱动的主、副摇臂悬架，但改进为主动悬架形式。悬架由两侧的主、副摇臂悬架和差速机构组成，主、副摇臂相互铰接，铰点处安装有离合器，必要时可以锁止主、副摇臂。

在主动悬架基础上，科学家还创新性地研发了轮式行走机动系统，依靠这六个可以独立移动的车轮，让祝融号火星探测器不仅能进行直线行驶、原地转弯、边走边转弯，还能进行爬行或者侧向移动，避免了火星车在难以攀爬的沙质陡坡上被卡住。

火星探测器探索工具系统

1. 导航地形摄像机

导航地形相机获取沿途地形数据，支持火星车的路径规划、探测目标选择，并用于开展地貌特征和地质构造研究。

2. 多光谱相机

多光谱相机用于获取着陆点周围的地形、地貌和地质背景信息，进行空间分析，获取岩石、土壤等的可见光和近红外光谱数据；收集各类昼夜天空图像，用于特定的大气、气象和天文研究。

3.火星探测器地下探测雷达

火星探测器地下探测雷达用于获取地表以下层状结构数据。地下探测雷达可随火星探测器移动，连续采集地下雷达信号，探测地下物质的尺寸和分布特征，在垂直和水平方向上约束地下层状结构，制约地下水冰和挥发物（如水合矿物等）的分布。

4.火星气象仪

火星气象仪用于监测火星表面温度、气压、风场和声音的时空变化，着陆前还可在绕火星轨道运行过程中收集温度和声音数据。

5.火星表面磁场探测器

火星表面磁场探测器用于探测火星表面磁场、火星磁场指数、火星电离层电流等，其主要优势是可以随火星探测器一起移动；而与轨道器携带的磁力仪进行协同观测，对了解火星内部的演化过程将具有重要意义。

6.火星表面成分探测器

火星表面成分探测器获取特定岩石、土壤和其他典型目标的光谱数据，以进行元素和矿物成分分析和研究。

火星探测器遥感操作系统

与月球车远程作业不同，火星车远程作业受到地天距离远、作业时延大、先验信息少、火星表面环境复杂多变等因素的影响。火星车远程作业的特点与挑战主要体现在以下几个方面。

存在的问题

（1）延长通信时间

火星与地球更大距离可达4亿公里，远超地球与月球的距离。地球与火星之间极远的距离带来测控链路极大的时延和较低的通信带宽，非全时域、非实时中继通信具有中继存储转发、每日有限中继通信弧段的特点，地面不具备实施实时遥控或人工遥控操作的条件。

（2）火星环境复杂

与月球探测相比，火星大气环境更加复杂多变，沙尘天气频发。同时，我国对火星的探测还处于起步阶段，缺乏火星地形、光照微弱多变的详细数据，导致地面遥感作业面临技术难度大、实施风险大等新困难。现有的地月空间遥操作系统和飞行控制方式无法满足火星探测器遥操作的任务要求，需要研制满足火星表面巡逻探测任务的地面遥操作系统和与之相匹配的遥操作控制方式。

（3）实际可锻炼的时间有限

从火星探测器的整个设计方案来看，火星探测器的设计寿命仅为90个火星日。从火星的特殊环境来看，由于能耗的限制，火星探测器只能在火星白天最强的光照条件下工作，晚上则“休眠”以保持能量平衡。火星探测器每个火星日的有效工作时间有限。为了帮助火星探测器在有限的时间内获得更多的火星数据，需要科技人员研制出效率更高、可靠性更高、数据传输速度更快的地面遥感操作系统。

解决方案

（1）绝对定位技术与相对定位技术的结合

基于着陆过程中获取的着陆相机图像以及火星车站局部感知图像，解决火星车台部移动后的绝对定位问题；基于火星车前、后站获取的火星表面局部感知图像，完成火星车前、后站之间的相对定位，即火星车移动后站的视觉定位。

（2）遥感场地重建与施工状态评估

地面基于设备间中继通信弧段回放火星车感知图像数据和延时遥测，完成远程站点重建与工况评估。远程站点重建与工况评估是下一步火星日间遥操作计划实施的基础和前提。需要综合火星车感知信息、遥测信息、预测仿真信息、专家支持、虚拟现实等，在火星表面本地构建远程遥操作站点，完成火星表面地形重建、视觉定位测量、工况执行评估和火星探测器状态确认。

（3）数字仿真验证与可视化技术

基于火星探测器超实时仿真验证火星探测器行为规划、策略规划、指令规划的正确性；基于三维可视化、虚拟现实等技术实现仿真预测数据和在轨遥测数据的可视化，解决任务规划结果和行为执行结果在空间和时间上的直观认知和状态确认。

除了这些“黑科技”，祝融号火星探测器还采用了纳米气凝胶和正十一烷集热窗，并安装了四个“大翼”，以便更好地利用能源。本节仅选取祝融号火星探测器三项比较创新的技术进行讲解。

火星上发现祝融星

通过研究祝融号火星探测器发回的数据，中国科学家对火星进行了更加深入的研究，提出了不少关于火星的新发现。同样，这里只选取了其中比较有代表性的几个进行介绍。

火星上有“水”活动的迹象

刘洋研究员团队利用我国首次火星探测任务祝融号火星车获取的短波红外光谱和导航与地形相机数据，在祝融号火星车着陆区发现了岩化的板状壳层。通过对光谱数据进行分析，他们发现这些类似沉积岩的板状壳层富含水合 *** 盐等矿物。

研究团队根据相关数据和对比，推测这些富含 *** 盐的结壳可能是由地下水溢流或毛细作用结晶的盐矿物与火星土壤胶结后成岩形成的。这也标志着祝融号火星探测器利用火星车搭载的短波红外光谱仪实现了国际上首次在火星原位探测含水矿物。

火星古环境随自转轴和冰期变化而变化

风沙作为晚亚马逊纪以来火星上最重要的地质力量，塑造了火星表面普遍存在的风沙地貌，沉积并记录了火星演化晚期及近代的气候环境特征和气候变化过程。但由于缺乏更为细致、系统的科学观测，人类目前对火星上的风沙活动过程和记录的古气候知之甚少。

中国科学家基于高分辨率遥感与近景现场联合探测，提取了沙丘形态、表面结构、物质成分等信息，分析了其对风向和发育年代的指示，找到了着陆区风场发生明显变化的地层证据。研究结果与火星中高纬度地区分布的冰盖和尘埃覆盖记录相一致，揭示祝融着陆区可能经历了两个以风向变化为标志的重大气候阶段。风向由东北向西北转变近70度，风吹沙堆积由月牙状的明亮沙丘变为纵向的暗色沙脊。

此次气候变化发生在约40万年前火星上一次冰河期末期，可能由于自转轴倾角的变化，火星经历了从中低纬度到极地的全球气候转变，即“冰河期到间冰期”。

祝融：探索星辰的奥秘 - 意义

祝融号火星探测器不仅是现代科技的成果，更是人类文明与古老神话的交汇，连接过去与未来，展现出人类对未知世界的无限向往和勇敢追求。在祝融号的征程上，我们仿佛能听到古老神话的回音，感受到超越时空的浪漫与豪情。

祝融号火星探测器如今正在火星上沉睡，但请不要忘记它的名字：

它叫“祝融”，来自中国的骄傲！

参考

[1]光明网：“火神”即将登陆火星！“祝融”名字背后的文化内涵

[2]外交部：中国将继续为探索宇宙奥秘、促进人类和平发展作出更大贡献。新华社

[3] 贾阳, 张建利, 李群志, 等. 嫦娥三号探测器远程操作系统设计与实现[J]. 中国科学: 技术科学

[4]哈尔滨工业大学技术为“天问一号”项目再添亮点助力火星探测器移动转移

[5] 潘栋, 贾洋, 袁宝峰, 等. 祝融号火星探测器主动悬挂移动系统设计与验证[J]. 中国科学学报: 技术科学

[6] 王连国, 朱岩, 张宝明, 等. 祝融号火星探测器有效载荷系统设计与实现[J]. 中国科学: 技术科学