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祝融號火星車

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祝融號
是天問一號的一部分
祝融號火星車與著陸器在火星表面的合照，由其釋放的一台分離式相機拍攝。
類型火星車
命名來源祝融
擁有者中國 中國國家航天局（CNSA）
製造者中國 中國空間技術研究院
太空載具屬性
尺寸完全展開：長2.6公尺，寬3公尺，高1.85公尺
未展開：長1.65公尺，寬2公尺，高0.8公尺
發射質量240公斤（530磅）
功率太陽能電池板
火箭長征五號
設備
  • 導航與地形相機
  • 火星車次表層探測雷達
  • 火星表面磁場探測儀
  • 火星氣象測量儀
  • 火星表面成分探測儀
  • 多光譜相機
運行歷史
發射
部署
地點火星烏托邦平原25°03′58″N 109°55′34″E / 25.066°N 109.926°E / 25.066; 109.926
運行時長自著陸起，運作358個火星日[3]
運行距離1,921公尺（6,302英尺）（截至2022年5月5日）[4]

祝融號火星車是由中國國家航天局實施的天問一號火星探測任務的火星巡視器部分，是中國首個在地外行星上運行的巡視器[5]。

該探測器由中國空間技術研究院製造，於2020年7月23日12時41分作為天問一號探測器的一部分由長征五號遙四運載火箭從海南文昌太空發射場發射升空，於2021年2月10日進入火星軌道[5]。2021年5月15日上午7時18分，祝融號在火星烏托邦平原南部預選著陸區著陸[1][5]，標誌著中國成為繼美國後第二個成功將巡視器著陸在火星表面的國家。也是蘇聯和美國之後第三個軟著陸火星的國家（蘇聯未能成功釋放巡視器）[6]。

祝融號火星車重240公斤，攜帶有導航與地形相機、火星車次表層探測雷達、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀、火星表面成分探測儀、多光譜相機等共六台科學載荷，設計壽命為90個火星日（大約93個地球天），實際工作已超過一個地球年，但在機體嘗試火星過冬後未能喚醒，2023年4月，中國火星探測工程總設計師張榮橋稱，可能是沙塵覆蓋導致推遲。[7][8][9]

命名

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祝融在中國傳統文化中被尊為最早的火神，象徵著用火照耀大地，帶來光明。

首輛火星車命名為「祝融」，寓意點燃中國星際探測的火種，指引人類對浩瀚星空、宇宙未知的接續探索和自我超越。[10]

背景

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中國對火星的探測活動始於2011年與俄羅斯聯邦太空總署合作的螢火一號任務，然而由於俄羅斯負責的部分出現故障，螢火一號任務宣告失敗[11]。此後中國開始走上獨立自主的火星探索之路，並將首次獨立火星任務本應分兩步、甚至三步走的「繞、落、巡」計畫，合併在一次實施。[12]

2014年6月，中國月球探測工程首席科學家、「嫦娥之父」歐陽自遠在第22屆國際天文館學會大會的開幕式上透露中國計畫在2020年實現火星的著陸巡視[13]。同年11月11日，在第十屆中國國際航空太空博覽會上，中國火星車的早期等比例模型首次亮相[14]，後於網上發起「寄語火星車」徵集活動，「赤兔」等是熱門提名[15]。

2018年第69屆國際宇航大會上展出的當時尚未命名的祝融號火星車模型

2016年4月22日，時任國家航天局局長許達哲在首個中國航天日來臨前透露中國的火星探測任務已於當年1月11日獲批，將在2020年前後發射火星探測車，一步實現繞火星的探測和著陸巡視[16]。同年8月23日，國家國防科工局探月與航太工程中心發布中國首個火星探測車和火星車外觀設計構型圖，並啟動中國火星探測工程名稱和圖形標識全球徵集活動，標誌著中國火星探測任務的全面公開[17]。

2019年11月14日，國家航天局在位於河北省懷來縣的地外天體著陸綜合試驗場完成首次火星探測任務著陸器懸停避障試驗，並邀請了部分外國駐華使館及國際組織人員觀摩試驗並參觀相關試驗設施[18]。

2020年4月24日，國家航天局在2020年中國航天日啟動儀式上宣布了中國行星探測工程的名稱與圖形標識，將中國行星探測任務命名為「天問」，將中國首次獨立火星探測任務命名為「天問一號」[19]，但並未對火星車進行單獨命名。

2020年7月24日，國家航天局探月與航太工程中心通過與百度APP合作，展開為中國第一輛火星車徵名的活動[20]。2021年1月完成初次評審，遴選出的10個名稱分別是弘毅、麒麟、哪吒、赤兔、祝融、求索、風火輪、追夢、天行、星火，並展開為期40天的公眾網絡投票[21]。2月28日投票結束時，「祝融號」以504466票登頂。[22]

在2021年4月24日中國航天日開幕儀式上，中國首輛火星車被正式命名為「祝融」[10]。

技術規格

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天問一號著陸器與祝融號火星車等比例模型。
天問一號著陸器與祝融號火星車等比例模型。
天問一號任務概況

祝融號火星車與美國的火星探測漫遊者系列（精神號和機會號）的設計結構十分相似，重量為240公斤，比火星探測漫遊者重，但比火星2020計畫的探測車（好奇號和毅力號）輕了四分之三。

不同於火星2020計畫的探測車使用核電池供電，祝融號使用四塊太陽能板供電，而且為避免像機會號因沙塵遮擋太陽能板導致供電不足而失聯的問題，其中兩塊太陽能板為可再摺疊，而且使用特別材料設計，使火星沙塵更容易被抖落，保障太陽能板供電。[23][24]

技術參數[25]

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  • 重量：240公斤
  • 長度：2.6公尺
  • 寬度：3公尺
  • 高度：1.85公尺
  • 懸架方式：主動懸架
  • 移動方式：直線行駛/原地轉向/行進間轉動/蟹動/蠕動
  • 最大速度：每小時200公尺
  • 導航速度：每小時40公尺
  • 越障高度：30公分
  • 爬坡角度：30°
  • 能源形式：蓄電池/太陽能電池
  • 通訊能力：
    X頻段碼速率：32bps~4Mbps
    UHF碼速率：1kbps~2048kbps
  • 設計工作時間：90火星日

任務規劃

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科學目標

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作為中國的首次火星探測，天問一號任務的科學目標包括：[26]

  1. 研究火星形貌與地質構造特徵，及其演化和成因的研究。
  2. 研究火星表面土壤特徵和地下層的特徵，與水冰分布。
  3. 研究火星表面物質組成，開展表面礦物組成分析。
  4. 研究火星大氣電離層及表面氣候與環境特徵，開展火星電離層結構和表面天氣季節性變化規律研究。
  5. 研究火星的內部結構，其磁場，其地質演化的歷史，其質量的內部分布及其引力場。

祝融號火星車負責的火星巡視探測部分主要有以下四個科學任務：

  1. 火星巡視區形貌和地質構造探測。
  2. 火星巡視區土壤結構（剖面）探測和水冰探查。
  3. 火星巡視區表面元素、礦物和岩石類型探。
  4. 火星巡視區大氣物理特徵與表面環境探測。

科學儀器

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為了達成預定科學目標，祝融號火星車總共帶有6個科學儀器：[26][27]

祝融號巡視器科學載荷配置圖
  • 導航與地形相機（NaTeCam）拍攝可見光波段彩色照片以記錄巡視區地形地貌，像素2048×2048。
  • 火星車次表層探測雷達（RoPeR）通過主動發射和接收電磁波信號來探測火星車沿途地下的淺表層結構，例如風化層厚度、濺射物層、水冰分布等。祝融號和與其同年發射及著陸的毅力號並列為最早裝備該類儀器的火星地表探測器。
  • 火星表面磁場探測儀（RoMAG），探測著陸區火星磁場，確定火星磁指數。
  • 火星氣象測量儀（MCS）配備風、聲傳感器和溫、壓傳感器，對巡視器附近的氣溫、氣壓、風速、風向和聲音資訊進行記錄。
  • 火星表面成分探測儀（MarSCoDe）進行火星巡視區表面元素、礦物和岩石類型探測。
  • 多光譜相機（MSCam）同上。

以上儀器中，次表層雷達將在行進時工作，表面成分探測儀、多光譜相機和導航與地形相機將在預定目的地的靜止狀態下工作，磁場探測儀和火星氣象站在行進和靜止狀態下都將進行工作[28]。

除科學儀器外，祝融號火星車配置了若干工程儀器（如避障相機）用以輔助任務進行。

著陸地點

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兩個紅框標註的區域為天問一號任務早期的兩個預選著陸區，左邊的為克律塞平原，右邊的為烏托邦平原。

火星車的著陸地點選擇取決於兩個因素：[28]

  • 工程可行性 包括緯度、海拔高度、坡度、地表情況、岩石分布、當地風速、再入過程中的可見度（著陸過程進行時必須能與地球進行直接聯繫）。
  • 科學目標 包括地形、土壤結構、水冰分布、元素、礦物與岩石分布、磁場探測。

國家航天局最初將火星克律塞平原和埃律西昂山區域作為可能的著陸地點。但在2019年9月在瑞士日內瓦舉辦的歐洲行星科學大會上，中方與會代表宣布烏托邦平原的兩個地點被初步選定為火星著陸地點[29]。祝融號的著陸地點位於烏托邦平原南部，地理坐標為東經109.9°，北緯25.1°，考量到它既是個相對安全的著陸地點，而且又對火星的科學探索很有幫助[30]。

探測計畫

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祝融號計畫工作時長為90個火星日。在任務開始前的規劃中，每三個火星日被定為一個工作週期，每個工作週期的安排為[28]：

  • 第一日：導航與地形相機獲取研究目標的環繞影像並下傳數據以供研究未來作業方案。
  • 第二日：所有載荷進行科學探測並下傳數據。
  • 第三日，祝融號向下一個目標行進，次表層雷達和火星氣象站在行進中採集數據並在抵達目標地點後下傳。

根據國家航天局政策，地面站和研究團隊接收到的數據將會享有五到六個月的保護期以供驗證、校對和前期研究。當所有程序完成後，數據將會發布在探月工程數據發布與資訊服務系統網站上。

2021年7月，天問一號火星環繞器總體主任設計師牛俊坡在採訪中透露，由於祝融號在通信能力和移動速度等方面都優於預期，原本長達三個火星日的工作週期已被壓縮到一個火星日，在一天內就能完成感知、探測、移動的任務[31]。

任務經過

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著陸

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著陸流程
節點 時間（自再入） 速度 高度
軌道器降軌 6小時前
兩器分離 3小時前 約18000km
再入 0秒 4.8km/s 125km
升力控制模式 71秒 60km
配平翼展開 241秒 3馬赫 17km
彈傘 278秒 460m/s 11.3km
拋大底 299秒 250m/s 8.5km
拋背罩 454秒 <95m/s 1500m
懸停避障 497秒 0m/s 100m
著陸 540秒 <3.6m/s 火星表面

北京時間2021年5月15日凌晨1時左右，天問一號探測器從停泊軌道實行降軌，逐步進入火星進入軌道。

4時左右祝融號與環繞器分離，30分鐘後環繞器機動升軌回到停泊軌道，為降落任務提供中繼通信。

7時左右，祝融號高度降低到進入火星大氣。

上午7時18分，在經過一系列減速和懸停避障機動後，祝融號在火星烏托邦平原南部預選著陸區（25°06′N 109°54′E / 25.1°N 109.9°E / 25.1; 109.9）成功軟著陸[5]，隨後向地球發回遙測信號。[32]

2021年5月19日，國家航天局發布由祝融號傳回的首批照片。[33][34]

火星表面探測任務

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美國國家航空暨太空總署的火星偵察軌道器拍攝的南部烏托邦平原景象，照片中可以看到天問一號著陸器（中上）和祝融號火星車（中下）。
祝融號火星車拍攝的火星表面
祝融號火星車拍攝的火星表面
祝融號行駛記錄
日期 工作時長
（地球日） 		行駛距離 備註
2021年5月22日 7 0.522公尺 [35]
2021年6月11日 27 >80公尺 [36]
2021年6月27日 43 236公尺 [37]
2021年7月1日 47 241公尺 [38]
2021年7月8日 54 300公尺 [39]
2021年7月11日 57 410公尺 [40]
2021年7月15日 61 450公尺 [41]
2021年7月17日 63 509公尺 [42]
2021年7月23日 69 585公尺 [43]
2021年7月30日 76 708公尺 [44]
2021年8月6日 83 808公尺 [45]
2021年8月15日 92 889公尺 [46]
2021年8月23日 100 1000公尺 [47]
2021年8月30日 107 1064公尺 [48]
2021年9月13日 121 1182公尺 [49]
2021年11月8日 177 1253公尺 [50]
2021年12月1日 200 1297公尺 [51]
2022年1月1日 231 >1400公尺 [52]
2022年1月31日 261 1524公尺 [53]
2022年3月24日 313 1784公尺 [54]
2022年4月6日 326 1875公尺 [55]
2022年5月5日 355 1921公尺 [4]

2021年5月22日，祝融號被成功釋放到火星表面，中國成為了繼美國之後第二個在火星著陸並且成功部署火星車的國家。[56] 祝融號的設計壽命為90個火星日。祝融號部署之後，天問一號軌道器在進行火星觀測的同時將為火星車提供通訊中繼服務。[57]

2021年6月11日，國家航天局在北京舉行天問一號探測器著陸火星首批科學影像圖揭幕儀式，公布了由祝融號拍攝的著陸點全景、火星地形地貌等一批影像圖，標誌著中國首次火星探測任務取得圓滿成功。[58]

2021年6月27日，國家航天局公布一批新的圖片與視頻，包括著陸巡視器開傘和下降過程、祝融號火星車駛離著陸平台聲音及火星表面移動過程視頻，火星全局環境感知圖像、火星車車轍圖像等，並宣布祝融號火星車已在火星表面工作42個火星日，累計行駛236公尺[59]。

2021年7月12日，祝融號路過了著陸過程中拋離的降落傘與背罩組合體附近並對其進行了拍照[41]。

2021年8月17日，中央電視台報道祝融號已經完成了90個火星日的既定探索任務（從著陸開始計算，至8月15日為90個火星日），累計行駛距離達到889公尺且狀態良好。根據計畫，祝融號將繼續向烏托邦平原南部的古海陸交界地帶行駛。[60]

2021年9月下旬開始，由於日凌作用導致的電磁干擾，天問一號環繞器與祝融號火星車按計畫暫停工作，進入休眠狀態[61]。

2021年10月22日，國家航天局宣布天問一號環繞器與祝融號火星車安全度過首次日凌並已恢復工作[62]。

2021年12月1日，國家航天局與歐洲太空總署共同宣布中國的祝融號火星車與歐洲太空總署的火星快車號軌道器進行了在軌中繼通信試驗並取得圓滿成功[51]。

2022年3月18日，美國亞利桑那大學HiRISE營運中心公布他們11日所拍到的「祝融號」火星車及行駛軌跡照片，該車仍在往南行駛。[63]

2022年5月7日，祝融號所在區域（北半球）已進入冬季，將迎來其第一個冬季，並報告4月天問一號拍攝的火星水手谷局部地貌影像，以及同月10日（著陸後第323火星日）拍攝的火星表面撞擊坑附近分布的石塊影像，累計行駛1921公尺，兩器累計獲取約940GB原始科學數據。[64]。

2022年5月18日，為應對沙塵天氣導致的太陽翼發電能力降低及冬季極低的環境溫度，按照設計方案和飛控策略，「祝融號」火星車轉入休眠模式。原定預計2022年12月前後，「祝融號」著陸區將進入初春季節。當環境條件好轉後，將恢復正常工作。[65]

2023年2月21日，HiRISE營運中心公布了一批祝融號的遙感照片，並指出其在2022年9月8日到2023年2月7日間沒有任何移動。[66]

2023年4月25日，中國行星探測工程總設計師張榮橋稱，祝融號可能因為火星沙塵累積過多無法喚醒。[7][9]

國際合作

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圖集

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火星地圖阿克戎槽溝阿西達里亞平原亞拔山亞馬遜平原阿拉伯高地阿卡迪亞平原阿爾及爾平原克律塞平原塞東尼亞區代達利亞高原埃律西昂山埃律西昂平原蓋爾撞擊坑希臘平原赫斯珀利亞高原霍頓撞擊坑伊卡里亞高原伊希地平原耶澤羅撞擊坑羅蒙諾索夫撞擊坑李奧撞擊坑米蘭科維奇撞擊坑涅瑞達山脈尼羅瑟提斯桌山群諾亞高地奧林帕斯山南極高原普羅敦尼勒斯桌山群太陽高原敘利亞高原坦塔羅斯槽溝群滕比高地塞壬高地塔爾西斯山群烏托邦平原水手號谷北方大平原
此為可互動圖片該火星地形圖為可互動圖片，標註了火星表面各著陸器與火星車的位置，滑鼠移至圖片不同位置可查看相應資訊，點擊將跳轉至相應條目。海拔以不同顏色呈現：白色和棕色表示最高海拔（+12至+8公里）；其次是粉色和紅色（+8至+3公里）；黃色為0公里；綠色和藍色為較低海拔（低至-8公里）。軸線為經緯度；極地地區有標註。
  活躍探測車   不活躍   活躍著陸器   不活躍  未來
小獵犬2號
好奇號
深空2號
羅莎琳德·富蘭克林號
洞察號火星探測車
火星2020
火星2號
火星3號
火星6號
火星極地著陸者號
機會號火星漫遊車
綠谷 (火星)
斯基亞帕雷利EDM登陸器
旅居者號
精神號火星探測車
祝融號火星車
海盜號
海盜2號

注釋

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  1. ^ 著巡組合體著陸時間
  2. ^ 祝融號火星車從天問一號著陸器分離

參考文獻

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參閲

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外部連結

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維基共享資源上的相關多媒體資源：祝融號火星車
維基文庫中的相關原始文獻：習近平代表黨中央、國務院和中央軍委致電祝賀我國首次火星探測任務天問一號探測器成功著陸火星
維基新聞相關報導：
  1. 中國火星探測任務「天問一號」 成功發射升空
  2. 中國「天問一號」探測器成功進入火星環繞軌道
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