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祝融号

祝融号

祝融号（英文名：Zhu Rong）是中国首个火星探测器“天问一号”所携带的火星巡视器，也是中国首辆火星车。祝融号由中国航天科技集团五院研制，重约240公斤，长3.3米，宽3.2米，高1.85米。

祝融号于2020年7月23日在中国海南文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空；2021年5月15日在火星乌托邦平原南部着陆，标志着中国成为第二个成功着陆火星的国家。5月22日，祝融号驶上火星表面，开始巡视探测。8月15日，祝融号完成90个火星日既定科学探测任务，累计在火星表面行驶1921.5米。2022年5月18日，受着陆区冬季严寒和沙尘天气影响，祝融号进入冬季休眠模式。

祝融号携带有多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪、地形相机等6台科学载荷，主要用于在火星开展地表成分、物质类型分布、地质结构和火星气象环境探测工作。

研发历程

研发背景

在“嫦娥一号”任务取得成功后，中国就开始规划深空探测的后续发展，多位院士建议启动火星探索任务。2011年11月8日，由中国研制的“萤火一号火星探测器”探测器搭乘俄罗斯火箭起飞，因未能按照计划变轨，“萤火一号”任务宣告失败。“萤火一号”失败后，中国决定开展自主火星探测任务。

研发过程

2014年9月，中国国防科工局探月与航天工程中心召开首次火星探测任务先期启动会，启动天问一号先期研制工作。11月，中国火星探测系统在第十届中国国际航空航天博览会上首次亮相。

2016年1月，中国首次火星探测任务批准立项，任务要求通过一次发射任务实现火星环绕、着陆、巡视探测，成为世界上第二个独立掌握火星着陆、巡视和探测技术的国家。8月，中国首个火星探测器和火星探测车外观设计构型图发布，中国火星探测工程名称和图形标识全球征集活动也同时启动。

2018年9月，历时两年火星探测器正式转入正样研制阶段。

2019年11月14日，中国火星探测任务首次公开亮相，中国国家航天局邀请部分外国驻华使馆及国际组织人员，赴怀来县观摩着陆器悬停避障试验。

2020年3月，天问一号通过出厂评审。4月初，火星探测器运抵中国文昌航天发射场。

命名

2021年4月24日，中国首辆火星车名称经过全球征名、专家评审、网络投票确定为“祝融号”。

祝融是中国上古神话中的火神，寓意点燃中国行星探测的火种，指引人类对浩瀚星空、宇宙未知的接续探索和自我超越。同时，命名来自中国传统文化元素，和中国其他航天器命名思路一脉相承。

设计与制造

基本结构

祝融号火星车采用类似“凤蝶总科”的设计，四只翅膀是用于能源供给的太阳能电池板。在顶部的桅杆上，两台导航地形相机分布于两侧，中间是多光谱相机。中部为电子学设备，这些设备被分别布置在热舱和冷舱。下方为移动装置，采用6轮独立驱动，主动悬架构形，是国际上首次在地外天体使用主动悬架。外观显著位置安装有中国国旗；在火星移动时，车轮会在车辙中留下“中”字痕迹。

主要参数

科学仪器

祝融号火星车共携带6台科学仪器，分别是导航与地形相机、火星车次表层探测雷达、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪、火星表面成分探测仪和火星多光谱相机。

导航与地形相机

导航与地形相机由北京控制工程研究所研制，用于获取沿途地形地貌数据，支持火星车路径规划和探测目标选择，开展形貌特征与地质构造研究。导航地形相机在火星车上共两台，安装在火星车的桅杆左右两侧，能够对火星表面进行三维全景成像。

火星车次表层探测雷达

火星车次表层探测雷达是一种基于火星车平台的高分辨率次表层地质结构探测雷达，由中国科学院空天信息创新研究院研制。火星车次表层探测雷达由雷达电子学单元、低频通道发射天线、低频通道接收天线、高频通道发射天线、高频通道接收天线、电缆组件六部分组成。可以探测巡视区表面土壤厚度、冰层结构，获取火星地表和次表层超宽带全极化回波数据；还可以探测巡视区次表层结构，获取次表层地质结构数据。这是国际上首次使用双通道多极化超宽带次表层探测雷达对火星局部地区的土壤厚度和次表层岩石地质结构进行就位巡视探测，可实现火星表面以下10米甚至100米深度的火星内部结构的“透视”。

火星表面磁场探测仪

火星表面磁场探测仪由中国科学院地质与地球物理学研究所研制，包括位于桅杆上的磁传感器和位于载荷控制器中的电子学单元。主要用于探测着陆区火星磁场，确定火星磁场指数；与火星环绕器磁强计配合，探测火星空间变化磁场，反演火星电离层发电机电流，研究火星电离层电导率等特性，完成对巡视区磁场的连续高精度向量测量；尝试利用天然磁场跃变，探测火星内部局部构造。

火星气象测量仪

火星气象测量仪由中国航天科技集团九院研制，可以获取火星气温、气压、风速、风向等气象数据，用于开展火星大气物理特征的研究。

火星表面成分探测仪

火星表面成分探测仪由中国科学院上海技术物理研究所负责研制，安装在祝融号火星车的右前侧。它结合主动激光诱导击穿光谱探测和被动短波红外光谱探测技术，除了探测火星表面物质反射太阳光的辐射信息，还可以向周围目标主动发射激光，使其局部气化产生等离子体，测量其释放出的原子发射光谱，准确获取物质元素的成分和含量。这是“主动激光诱导击穿光谱探测”第一次应用到太空，其原理类似于用激光笔发射一束激光，待探测的火星表面物质气化成等离子体后，用光谱探测器测得其可见光范围。

火星多光谱相机

火星多光谱相机由中国科学院西安光学精密机械研究所研制，安装在巡视器的桅杆上，距离火星表面1.8米左右。主要科学目标为获取火星表面的多光谱图像信息，通过包括火星形貌与地质构造特征及其变化、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成三项任务在内的火星表面物质类型分布研究。火星多光谱相机在实现对火星表面360°成像的基础上，还可获得火星表面可见光、近红外波段的多光谱图像，具备识别火星上常见的各类铁矿、盐类矿物等的功能。研制团队还为多光谱相机配备了在轨定标板，通过对放置在火星车上的标准定标板进行拍照，获取在轨定标板图像数据，帮助多光谱相机准确判断火星表面的矿物成分。

技术创新

移动与转移

祝融号火星车移动系统和转移坡道机构由哈尔滨工业大学邓宗全院士团队与中国空间技术研究院总体部合作研制。

针对火星表面松软崎岖的地貌，火星车在软沙中易发生打滑自陷、牵引力不足的问题，祝融号火星探测车移动系统采用了具有蠕动脱陷功能的主被动复合式火星车移动系统构型。采用该构型的火星车具有蠕动脱陷、蠕动爬坡、车厢升降防托底、悬架主动折展、车轮抬起等独特功能，具有很强的脱陷能力和爬坡能力。

祝融号火星车的移坡道机构折叠布置在着陆器顶端，可实现前后两个方向的选择性抽展，并具有适应形貌复杂的火星表面的功能，能够确保火星车的平顺转移。

机身材料

为了应对火星表面复杂的地貌和气候条件，中国科学院金属研究所自2015年起，先后设计出了一系列新型高强、高塑、高稳定性铝基碳化硅复合材料。与传统铝基碳化硅复合材料相比，新型复合材料塑性提升一倍以上，同时保持高强度、高各向同性、高耐磨性和稳定性。针对祝融号火星探测车不同部件的要求，金属所共开发出不同碳化硅含量与基体铝合金种类的4种铝基碳化硅复合材料。相关产品用于火星车行走机构、驱动机构、探测器等50余种零部件，共供货460余件，约3吨，使火星车成为中国使用铝基复合材料最多的航天器。

电源系统

太阳电池阵

由于火星表面的光谱与地球轨道、月球轨道的光谱不同，研制人员对太阳电池进行了重新设计，根据火星的光谱作了相应的调整和优化。但受火星车自身体积重量限制，以及火星表面光照条件、火星尘埃等自然环境条件影响，太阳电池阵的发电能力被大大削弱。研制人员创新性地在火星探测任务上首次使用了最大功率跟踪技术，这也是该技术在中国国内航天领域的首次在轨应用，其跟踪精度高达98%，相比传统电路，提高了太阳电池20%的利用效率，既解决了火星车能源紧张问题，也在减少太阳电池阵面积的同时减轻了电源产品的重量。

火星尘埃在太阳电池表面的堆积会极大影响火星探测车的能量获取效率。科研人员借鉴自然界荷叶的疏水原理，在电池盖片上增加了超疏基微观结构。这些结构能够减小火星尘颗粒与电池片之间的接触面积，从而减弱它们之间的附着力，使火星尘不易沉积，即便沉积后也更容易移除。此外，火星车采用了超疏基电池盖片，其中两个太阳翼还可调整到竖直状态，便于火星尘滑落。测试发现，改进后的太阳能电池片，除尘效果达到了80%以上，特别是对粒径75～125微米范围内的尘埃颗粒，除尘效果可达95%。

休眠唤醒

祝融号火星探测车的“休眠唤醒”是全自主的，“休眠”取决于太阳帆板的供电能力和锂离子蓄电池的剩余容量；“唤醒”则取决于太阳电池的输出功率和锂离子蓄电池的温度。

火星上明显的四季变化，以及大气运动引起的巨大沙尘暴都会对火星太阳辐照强度产生影响。考虑到火星气候的复杂性，火昼时锂离子蓄电池可能会面临联合供电进而导致充电量不足，研制人员为火夜制定了一份休眠唤醒“备份”计划：在火昼转火夜前，对锂离子蓄电池的剩余电量进行判读，当蓄电池的剩余电量不足以支撑火星探测车度过火夜时，火星车转入休眠状态。

航天器在轨的锂离子蓄电池容量判读方法一般有两种，安时计和查表法，但由于火星光强不足导致蓄电池火昼时不能充满电，安时计无法进行满充校准，累积误差会越来越大；而且地火来回通信至少需要30分钟，导致查表法不能及时准确判断蓄电池剩余容量。为此，研制人员采用了将安时计和查表法结合使用的方式。此外，火星车锂离子蓄电池不具备保温设备，若没有从-90℃的最低温度恢复到-15℃的工作温度，即使唤醒也无法正常开展工作。研制人员给锂离子蓄电池增加了温度继电器，用来判断锂离子蓄电池的温度。当太阳电池重新开始工作后，优先给锂离子蓄电池加热，待加到-15℃左右，温度继电器自动闭合，火星车真正唤醒。

保暖设备材料

集热窗

祝融号火星车除装有太阳电池板外，在其顶部还装有一个像双筒望远镜样子的设备，叫作集热窗，它可以直接吸收太阳能，然后利用一种叫作正十一烷的物质储存能量。白天，火星温度升高，这种物质吸热融化；到了晚上温度下降，这种物质在凝固的过程中释放热能，效率可以达到80%以上。

气凝胶隔热材料

祝融号火星探测车采用了一种新型隔热保温材料——高性能纳米气凝胶，用于应对“极热”和“极寒”两种严酷环境，并且密度可以做到比空气还轻，极大地减小了火星车的负担。它可阻隔火星表面低至-120℃的极寒环境，也能阻隔着陆发动机产生高达1200℃的高温热流，保护着陆平台的正常功能。

图像压缩算法

在深空探测任务中，图像信息是非常重要的数据类型之一，但由于通信带宽的限制，对于火星探测任务中的图像数据，需要先进行压缩再传输，以提高信息回传效率。针对这个需求，科研人员专门为祝融号火星车设计了图像压缩算法，实现了多种相机数据存储管理、图像压缩比灵活控制、质量渐进性传输、感兴趣区域优先编码、抗误码扩散和图像缩略图生成下传等功能，满足了火星车可靠、高效、灵活的图像应用需求。

任务规划

任务目标

研究火星地形地貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构。

运载火箭

祝融号火星车和天问一号一起由长征五号遥四运载火箭发射升空。长征五号运载火箭由两级芯级火箭加上助推器构成，总长约57米，箭体直径达到5米；2006年立项研制，2016年11月3日在中国文昌航天发射场成功首飞。长征五号遥四运载火箭是长征五号运载火箭的第四发，此前发射的三发都是研制性发射，其目的是考核火箭的性能。本次是长征五号运载火箭首次应用性发射。长征五号遥四运载火箭的整流罩里有一个透波窗口，这个窗口能够透过电磁波，保证天问一号和地球保持联系。

发射时间场地

2020年7月23日，祝融号火星车跟随天问一号在中国文昌航天发射场发射升空。

受天体运行规律约束，基于运载火箭的能力，火星的发射窗口期约为每26个月一次，在此期间人类可以使用较低的成本将探测器送往火星。2020年7月到8月是火星探测器的发射窗口期，阿拉伯联合酋长国的“希望号”和美国的“毅力号”都选择在此期间发射。

中国文昌航天发射场与中国其它发射场相比，其靠近赤道、纬度更低，能提高运载火箭的发射效率。另外，该发射场地靠近大海，方便火箭运输。

着陆地点

火星探测器需要满足两个最基本的条件：一是在工程上可实施；着陆地点要相对开阔平坦，那里的地形不应该过于崎岖不平，以便在探测器着陆时不受到损坏。着陆安全是第一位的，如果不安全，其它方面将不予考虑；另外还要能与地球进行测控通信，光照比较充足等。二是在科研上有价值；着陆地点的地质构造、物质元素比较丰富，其他国家没有探测过，因为空间探测的成果，只有世界第一，没有国内第一。所以，选择火星着陆地点需要航天工程师与行星科学家相互配合共同完成。

2021年5月15日，祝融号火星探测车在火星乌托邦平原南部着陆。乌托邦平原位于火星北纬5°到30°的北半球，这里地势平坦，日照充足。平坦的地势在祝融号火星车着陆时候更加安全，因祝融号火星车采用太阳能电池供电，充足的日照能更好的获取能量。祝融号火星车的着陆地点附近是古海洋和陆地交界面，有极大的探索价值。

测控通信

天问一号由环绕器、着陆巡视器两部分组成。通信功能由环绕器的“测控数传分系统”负责。该系统负责两类通信：一种是天问一号和地球之间的“器地通信”，另一种是环绕器和着陆巡视器之间的“器间中继通信”。在飞行过程中，“器地通信”确保了上亿公里外探测器的正常飞行控制。在着陆巡视器和环绕器分离后，“器间中继通信”启动，环绕器作为着陆巡视器（着陆平台+祝融号火星车）的“中继站”，把从火星表面发出的数据中继转发给地球。

面对从未有过的最远4亿公里外的器间中继通信，研制团队设计了UHF自检模式，通过专门设计的UHF微波网络切换，实现大小信号的切换。在着陆巡视器和环绕器分离之初信道不稳定的情况下，采用单工通信模式，最大程度地保证两器数据的传输，确保着陆器在降落过程中各关键遥测状态可以及时地送往环绕器；在近火弧段信道较好的情况下，采用全双工的通信模式，确保前返向数据的可靠传输，尤其是前向指令，不容丢失；在远火弧段，为了尽可能高效率地利用弧段，设计了X中继模式，可以实现返向数据的高效率传输。通过以上多种在轨工作模式地设计，最大程度地解决了全过程的通信问题。

每一个火星日，当环绕器飞到“近火弧段”时，可进行大概10分钟左右有效通信，此时传输速率较高。为了更加高效率的利用这10分钟，设计团队采用了码速率自适应切换技术，器间通信中接收方根据接收信道状态自动进行信噪比估计，依据信噪比估计结果确定通信码速率，之后再通过通信协议设置发送方的工作参数，从而实现了收发双方的码速率自适应切换，实现了高效率通信。为此，为了实现高可靠的火星探测车数据传输，中国航天科技集团第八研究院研制团队采用了全双工的通信模式，最大限度提高通信可靠性。

任务经过

发射经过

2020年7月23日，祝融号火星车跟随天问一号火星探测器在中国文昌航天发射场发射升空。

着陆经过

2021年5月15日，载有祝融号火星车的着陆平台在火星乌托邦平原南部着陆，中国成为世界上第二个实现航天器成功登陆火星的国家。

2021年5月19日，中国国家航天局发布祝融号火星探测车着陆后拍摄的影像，影像显示着陆平台和祝融号火星车的驶离坡道、太阳翼、天线等机构展开正常到位。

2021年5月22日，祝融号火星车驶离着陆平台，正式踏入火星表面。

探测经过

2021年6月1日，祝融号火星车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。

截至2021年6月6日，祝融号火星车在火星表面已工作23个火星日，开展环境感知、火面移动、科学探测，所有科学载荷设备均已开机工作，获取科学数据。环绕器运行在周期8.2小时的中继轨道，为火星探测车科学探测提供中继通信。

2021年6月16日，祝融号火星车开展了全局环境感知，为后续阶段科学探测进行路径规划，并通过后避障相机，拍摄了火星车行驶的清晰车辙。

2021年7月11日，祝融号火星车累计行驶超过400米，工况正常。

2021年8月15日，祝融号火星车在火星表面运行90个火星日，累计行驶889米，完成既定巡视探测任务，后续将继续向乌托邦平原南部的古海陆交界地带行驶。

2021年9月下旬开始，受日凌影响，祝融号火星车进入自主运行模式，暂停科学探测工作。

2021年10月22日，祝融号火星车安全度过首次日凌，恢复科学探测工作。

2022年3月18日，亚利桑那大学HiRISE相机团队公布他们3月11日拍到的“祝融号”火星车及行驶轨迹照片。图片展示了火星车自着陆以来行驶的路程，“祝融号”向着陆点南侧行进，火星车的确切路径能从火星表面的车辙追踪到。

2022年5月18日，为应对沙尘天气导致的太阳翼发电能力降低及冬季极低的环境温度，祝融号火星探测车进入休眠模式。

2023年4月，中国行星探测工程总设计师张荣桥在接受采访时表示：“祝融号没有自主唤醒最大可能是不可预知的火星沙尘累积，导致了发电能力的降低，不足以使它苏醒。”

主要成果

科研成果

祝融号火星车着陆区位于火星北部的乌托邦平原区域，亚马逊纪地层上，亚马逊纪是火星地质时期中最年轻的一段。已有研究认为火星在亚马逊纪时期气候寒冷干燥，液态水活动的范围和程度极其有限。研究团队利用祝融号火星探测车获取的短波红外光谱和导航与地形相机数据在着陆区发现了岩化的板状硬壳层，其中富含含水硫酸盐等矿物。这些硬壳层可能是由地下水涌溢或者毛细作用蒸发结晶出的盐类矿物，胶结火星土壤后经岩化作用形成。这一发现表明，火星在亚马逊纪时期的水活动可能比以前认为的更加活跃。同时也表明，祝融号火星车着陆区（以及火星北部平原的广泛区域）可能含有大量以含水矿物形式存在的可利用水，可供未来载人火星探测进行原位资源利用。

影像成果

首批科学影像图

2021年6月11日，祝融号火星车拍摄的着陆点全景、火星地形地貌、“中国印迹”和“着巡合影”等影像图发布，标志着中国首次火星探测任务取得圆满成功。

着陆点全景图是火星车尚未驶离着陆平台时，由火星车桅杆上的导航地形相机，进行360°环拍，经过校正和镶嵌拼接而成。图像显示，着陆点附近地势平坦，远处可见火星地平线，石块丰度和尺寸与预期一致，表明着陆点自主选择和悬停避障实施效果良好。

火星地形地貌图是火星探测车驶达火星表面后，由导航地形相机拍摄的第一幅地形地貌影像图。图像显示，近处表面较平坦，分布有大小不同的石块，边缘平滑、颜色较浅、呈半掩埋状，较远处有一环形坑，环形坑边缘分布有颜色较深、棱角分明的石块，更远处是几处沙丘。

“中国印迹”图是火星车行驶到着陆平台东偏南60°方向约6米处，拍摄的着陆平台影像图。图像显示，着陆平台熠生辉，国旗鲜红方正，表面地貌细节丰富。

“着巡合影”图是火星车行驶至着陆平台南向约10米处，释放安装在车底部的分离相机，之后火星车退至着陆平台附近。分离相机拍摄了火星车移动过程和火星车与着陆平台的合影。图像通过无线信号传送到火星车，再由火星探测车通过环绕器中继传回地面。

沙丘地带影像

2021年6月26日，祝融号火星车到达一处沙丘地带，利用导航地形相机拍摄了红色沙丘高分辨率影像，拍摄点距离沙丘约6米，周围分布有不同大小的石块，其中正对着火星车的石块宽约0.34米。

2021年7月4日，火星车行驶至沙丘南侧，对周围地形地貌感知成像。第一幅图像可见沙丘全貌，长约40米，宽约8米，高约0.6米。第二幅图像左侧为一簇形状各异的石块，右上角可见背罩和降落伞，成像时火星探测车距离着陆点直线距离约210米，距离背罩和降落伞约130米。

着陆和巡视探测系列

2021年6月27日，国家航天局发布天问一号火星探测任务着陆和巡视探测系列实拍影像，包括着陆巡视器开伞和下降过程、祝融号火星车驶离着陆平台声音及火星表面移动过程视频，火星全局环境感知图像、火星车车辙图像等。

降落伞与背罩组合体

2021年7月12日，祝融号火星车行驶到降落伞与背罩组合体附近，利用导航地形相机对组合体进行拍照。图中可见降落伞全貌和经气动烧蚀后的完整背罩结构，背罩上的姿控发动机导流孔清晰可辨，成像时火星车距离背罩约30米，距离着陆点约350米。

媒体评价

中国的天问一号探测器2021年5月15日在火星着陆，对首次实施这一任务的国家来说，技术难度比登陆月球更大。中国成为继美国之后第二个在火星着陆并部署火星车的国家。——美联社

祝融号火星车2021年5月22日上午开始在火星表面探测，中国成为继美国之后第二个成功探测火星表面的国家，这是中国朝着“宇宙强国”目标发展的新成果。——日本共同社

国际合作

法国国家空间研究中心参考美国“好奇号”火星探测器的数据，为祝融号火星车搭载的激光诱导击穿光谱仪（LIBS）提供了校准和测试方面的帮助。

2021年11月，中国“天问一号”与欧洲航天局“火星快车号”任务团队合作，开展“祝融号”火星车与“火星快车”轨道器在轨中继通信试验。双方团队确认，“祝融号”和“火星快车”配置的中继通信设备接口匹配，符合国际标准，传输数据内容完整正确，试验取得成功。这是欧洲航天局首次在火星轨道实际测试火星快车的数据盲接收能力。