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揭秘美國火星車上爲何沒有安裝除塵系統?

來源:互聯網  2008-11-21 07:29:26  評論

王朝网络

這是2007年美國宇航局提供的由全景相機拍攝的「勇氣」號火星車上落滿塵土的資料照片。

美國「勇氣」號火星車因缺電面臨「趴窩」

據英國《新科學家》雜志報道,也許很多人都已經聽說,最近火星上發生的一場大塵暴,導致火星車「勇氣」號的太陽能電池板上覆蓋了一層灰塵,現在這個火星車不願輕易放棄生命,正在努力與死神做鬥爭。盡管它上面的所有儀器都已經關閉,但是在寒冷的夜間,「勇氣」號仍需一些能量來給電子設備加溫。如果白天它不能給電池充足夠的電,夜間它將會被凍死。導致「火星探路者(Mars Pathfinder)」死亡的正是一個沒充電的電池。

因此,人們會順理成章地提出以下問題:爲什麽這些火星車沒有用來清掃太陽能電池板上的灰塵的除塵系統呢?這些火星車的設計者怎麽沒有預料到會有這種事情發生?事實上他們早就想到了這個問題,而且還認真地進行了思考。灰塵在太陽能電池板上堆積確實是個大問題,這也是他們只承諾這些火星車可執行90天任務的原因。他們非常希望在這些設備上安裝某種類型的除塵系統,但是有些原因迫使他們不能那樣做。

首先,火星車「勇氣號」和「機遇號」 是在非常倉促的情況下研發出來的。它們是2000年夏季美國宇航局制定火星計劃的最後時刻産生的一個想法,這項計劃是1999年接連失去火星氣候探測器(mars climate orbiter」)和「火星極地登陸者(Mars Polar Lander)」 探測器後,該局爲了恢複火星活動做出的努力的一部分。臨時産生新想法使該火星任務的時間表排得滿滿的。而且這兩個火星車在2003年還險些沒被發射。他們沒時間讓任務變得更加複雜,在火星上停留90天已經足夠。

第二,要利用「火星探路者」的安全氣袋著陸系統,這些火星車必須非常輕。沈重的附加設備會成爲累贅,最具有吸引力的除塵想法似乎會讓火星車增加太多重量。例如,一個除塵臂的重量可能就同一根科學儀器臂(science-instrument arm)一樣重,然而兩者相比,後者更加重要。

第三,在兩次失敗後,美國宇航局迫切希望這兩個火星車能取得成功。倉促和擠時間都充滿風險,增加任務的複雜性是任何一個人在萬不得已的情況下才會采取的行爲。人們並不十分清楚火星塵埃的特性,從太陽能電池板上將它們清除掉似乎並非易事。隨著對這個問題的研究不斷加深,不確定因素也變得越來越明顯。簡單的清掃似乎不會産生作用,有一些迹象表明,火星塵埃擁有的靜電,足以讓它們貼在太陽能電池板光滑的表面上。而且刷子也遇到一個不同的問題:如果火星塵埃像月球塵埃一樣,産生的磨擦作用將會非常大。那麽用一層擦痕取代一層塵埃似乎並不劃算。

能不能讓太陽能電池板傾斜一點,通過抖動來清除掉上面的塵埃呢?這種方法或許可産生作用,「火星探路者」在降落期間,當一邊擡高,准備進一步縮入安全氣袋裏時,落在展開的一邊的一些塵埃落了下去。但是人們不知道這種方法對細小的塵埃是否有用,而且也不知道這個方案所需的機械部件是否複雜,重量是不是很重。在需要抖動的情況下,這些因素更難確定。抖動方法的一種選擇是靜電除塵,利用高壓將電池板表明的塵埃清除掉。這種方法似乎能産生作用,但是,傾斜太陽能電池板仍需要非常複雜的機械部件,而且在通電方面也並非易事。不過這看起來似乎確實是解決細小的粘性塵埃的最好方法。

毫無疑問,洗滌也會産生作用,但是這種方法需要大量液體。隨機攜帶液體會增加火星車的重量,然而科學家又不可能從火星表面獲得適當的液體,因此這種方法也不可行。將塵埃從太陽能電池板表明吹掉也可産生作用,但前提是火星塵埃的粘性不能太大。現在我們知道,這種方法能産生很好的效果,因爲至少你能設法産生一陣輕風。

然而這個過程也有點複雜:因爲吹風系統必須在太陽能電池板上方移動,或者因爲火星的空氣非常稀薄,你不得不設法産生一陣強風,才能吹到較遠的地方。簡而言之,這些都是可能的方法,但是它們都不簡單,所需儀器的重量也不輕,而且最終效果也不確定。這些火星車的開發者沒有很多時間進行試驗。雖然這個想法非常具有吸引力,但是該任務沒有大量時間進行試驗。

他們能做的唯一一件事,是把太陽能電池板制作的比實際所需要的面積更大,他們希望通過這種方法延長火星車的壽命。而且他們也確實這樣做了:雖然他們只承諾這些火星車可執行90天任務,但是他們私下裏卻希望它們的實際運行時間比預計時間長2到3倍。

沒有人指望太陽能電池板上的塵埃會時不時地被火星上刮起來的風吹掉。因爲「勇氣」號現在就證明了這一點,事實證明,這種方法並不像我們想象的那麽可靠。但是,如果一項任務預計可以持續3個月,而且有希望延長到6或8個月,如果它在50多天後就結束了,我們也不應該有太多的抱怨。

[url=/bbs/detail_1879303.html][img]http://images.wangchao.net.cn/images/upload/images/kepu/1227223766470.jpg[/img][/url] 這是2007年美國宇航局提供的由全景相機拍攝的「勇氣」號火星車上落滿塵土的資料照片。 美國「勇氣」號火星車因缺電面臨「趴窩」 據英國《新科學家》雜志報道,也許很多人都已經聽說,最近火星上發生的一場大塵暴,導致火星車「勇氣」號的太陽能電池板上覆蓋了一層灰塵,現在這個火星車不願輕易放棄生命,正在努力與死神做鬥爭。盡管它上面的所有儀器都已經關閉,但是在寒冷的夜間,「勇氣」號仍需一些能量來給電子設備加溫。如果白天它不能給電池充足夠的電,夜間它將會被凍死。導致「火星探路者(Mars Pathfinder)」死亡的正是一個沒充電的電池。 因此,人們會順理成章地提出以下問題:爲什麽這些火星車沒有用來清掃太陽能電池板上的灰塵的除塵系統呢?這些火星車的設計者怎麽沒有預料到會有這種事情發生?事實上他們早就想到了這個問題,而且還認真地進行了思考。灰塵在太陽能電池板上堆積確實是個大問題,這也是他們只承諾這些火星車可執行90天任務的原因。他們非常希望在這些設備上安裝某種類型的除塵系統,但是有些原因迫使他們不能那樣做。 首先,火星車「勇氣號」和「機遇號」 是在非常倉促的情況下研發出來的。它們是2000年夏季美國宇航局制定火星計劃的最後時刻産生的一個想法,這項計劃是1999年接連失去火星氣候探測器(mars climate orbiter」)和「火星極地登陸者(Mars Polar Lander)」 探測器後,該局爲了恢複火星活動做出的努力的一部分。臨時産生新想法使該火星任務的時間表排得滿滿的。而且這兩個火星車在2003年還險些沒被發射。他們沒時間讓任務變得更加複雜,在火星上停留90天已經足夠。 第二,要利用「火星探路者」的安全氣袋著陸系統,這些火星車必須非常輕。沈重的附加設備會成爲累贅,最具有吸引力的除塵想法似乎會讓火星車增加太多重量。例如,一個除塵臂的重量可能就同一根科學儀器臂(science-instrument arm)一樣重,然而兩者相比,後者更加重要。 第三,在兩次失敗後,美國宇航局迫切希望這兩個火星車能取得成功。倉促和擠時間都充滿風險,增加任務的複雜性是任何一個人在萬不得已的情況下才會采取的行爲。人們並不十分清楚火星塵埃的特性,從太陽能電池板上將它們清除掉似乎並非易事。隨著對這個問題的研究不斷加深,不確定因素也變得越來越明顯。簡單的清掃似乎不會産生作用,有一些迹象表明,火星塵埃擁有的靜電,足以讓它們貼在太陽能電池板光滑的表面上。而且刷子也遇到一個不同的問題:如果火星塵埃像月球塵埃一樣,産生的磨擦作用將會非常大。那麽用一層擦痕取代一層塵埃似乎並不劃算。 能不能讓太陽能電池板傾斜一點,通過抖動來清除掉上面的塵埃呢?這種方法或許可産生作用,「火星探路者」在降落期間,當一邊擡高,准備進一步縮入安全氣袋裏時,落在展開的一邊的一些塵埃落了下去。但是人們不知道這種方法對細小的塵埃是否有用,而且也不知道這個方案所需的機械部件是否複雜,重量是不是很重。在需要抖動的情況下,這些因素更難確定。抖動方法的一種選擇是靜電除塵,利用高壓將電池板表明的塵埃清除掉。這種方法似乎能産生作用,但是,傾斜太陽能電池板仍需要非常複雜的機械部件,而且在通電方面也並非易事。不過這看起來似乎確實是解決細小的粘性塵埃的最好方法。 毫無疑問,洗滌也會産生作用,但是這種方法需要大量液體。隨機攜帶液體會增加火星車的重量,然而科學家又不可能從火星表面獲得適當的液體,因此這種方法也不可行。將塵埃從太陽能電池板表明吹掉也可産生作用,但前提是火星塵埃的粘性不能太大。現在我們知道,這種方法能産生很好的效果,因爲至少你能設法産生一陣輕風。 然而這個過程也有點複雜:因爲吹風系統必須在太陽能電池板上方移動,或者因爲火星的空氣非常稀薄,你不得不設法産生一陣強風,才能吹到較遠的地方。簡而言之,這些都是可能的方法,但是它們都不簡單,所需儀器的重量也不輕,而且最終效果也不確定。這些火星車的開發者沒有很多時間進行試驗。雖然這個想法非常具有吸引力,但是該任務沒有大量時間進行試驗。 他們能做的唯一一件事,是把太陽能電池板制作的比實際所需要的面積更大,他們希望通過這種方法延長火星車的壽命。而且他們也確實這樣做了:雖然他們只承諾這些火星車可執行90天任務,但是他們私下裏卻希望它們的實際運行時間比預計時間長2到3倍。 沒有人指望太陽能電池板上的塵埃會時不時地被火星上刮起來的風吹掉。因爲「勇氣」號現在就證明了這一點,事實證明,這種方法並不像我們想象的那麽可靠。但是,如果一項任務預計可以持續3個月,而且有希望延長到6或8個月,如果它在50多天後就結束了,我們也不應該有太多的抱怨。
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