⽕星的下⼀次⼤型沙尘暴将在何时?天问⼀号能否挺住?

作者: 杨承霖

来源: 牧夫天⽂

发布日期: 2022-10-15 12:18:59

本文回顾了⽕星上的⼏次全球沙尘暴及其对航天器的影响,特别是对太阳能驱动的⽕星⻋的挑战。文章还介绍了天问⼀号的设计特点,如特殊涂层和最⼤功率跟踪技术,以应对⽕星沙尘暴的挑战。

我们已经⽬睹了⽕星上的⼏次全球沙尘暴。1971年,⽔⼿9号航天器抵达⽕星,发现⽕星被尘埃笼罩。从那时起,科学家在1977年、1982年、1994年、2001年、2007年和2018年都监测到了⼤型⽕星⻛暴。亚利桑那州Aeolis研究公司的⾏星科学家克莱尔-纽曼指出:“全球沙尘暴平均每⼗个⽕星年会发⽣三次。”

沙尘暴已经对被派去探索这颗红⾊星球的航天器(包括⽕星⻋)造成了损失。1997年,美国宇航局的第⼀个⽕星⻋旅居者号便由于灰尘沉积在太阳能电池板上,致使它每个⽕星⽇损失⼤约0.25%的太阳能输出。任务结束时,旅居者号共⾏驶了100多⽶,历时83个⽕星⽇。

机遇号⽕星⻋的太阳能电池阵列输出就会恢复:由太阳能加热驱动的对流上升⽓流可以清除⽕星⻋太阳能电池板上的灰尘,使机遇号能够在⽕星上持续⼯作。2007年⽕星沙尘暴是机遇号遇到的最⼤挑战之⼀,其间机遇号⽕星⻋的太阳能板被厚厚的沙尘覆盖。

在2007年6⽉末,⼀连串的沙尘暴开始垄罩⽕星的⼤⽓层。到7⽉20⽇,⽕星⼤⽓中的沙⼦屏蔽了99%的阳光。在正常情况下太阳能发电板每天能够产⽣每⼩时700瓦的能量。在沙尘暴中,发电能⼒⼤幅降低。倘若⽕星⻋每天产⽣的电⼒少于每⼩时150瓦,将会耗尽电池电⼒,关键的电⼦仪器可能会因为极度的寒冷⽽失效。

2021年秋天,⽕星正在接近远⽇点,那时不仅可⽤的光照处于最低点,⽽且较低的温度意味着洞察号每天需要更多的能量来为电加热器供电,以防⽌严重的电池等组件过冷。雪上加霜的是,不断堆积的灰尘降低了太阳能电池板的效率。

2012年8⽉6⽇,新⼀代⽕星⻋好奇号着陆⽕星。2018年尘暴时,美国宇航局好奇号⽕星⻋在很⼤程度上没有受到尘埃的影响,甚⾄还记录下了⼤⽓中尘埃的变化情况。

2018年为什么机遇号在全球沙尘暴中遭遇故障结束任务,⽽好奇号却在沙尘暴中幸存?机遇号是由太阳能驱动的,⽽灰尘遮住了太阳。可能还有其他原因,因为没有⼀个⽕星⻋能永存,但太阳能的缺乏肯定起到了⼀定的作⽤。但是好奇号是⼀个核动⼒机器,它的动⼒来源并不依赖于阳光。

天问⼀号总体设计和洞察号、机遇号⼀样,以太阳能为供电来源,因此⾯临相同的问题。据811所⽕星⻋太阳电池设计师王⽂强介绍,他们在太阳电池玻璃盖⽚表⾯做了特殊涂层,让太阳电池阵列的表⾯不易沾染灰尘,即便沾染上了灰尘,也可通过振动将其抖落。为了增强能源获取能⼒,提⾼⽕星⻋在⽕星上的⽣存能⼒,天问⼀号创新性地使⽤最⼤功率跟踪(MPPT)技术,这也是该技术在国内航天领域的⾸次在轨应⽤。

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