NASA的"好奇号"火星车刚刚学会如何执行多任务

自好奇号登陆火星十三年来，工程师们不断探索提升这台NASA火星车工作效率的新方法。这个六轮机器人现已获得更高自主权和多任务处理能力——这些改进旨在充分利用好奇号的能源系统，即多任务放射性同位素热电发生器（MMRTG）。效率提升意味着火星车在解密远古火星气候演变过程时拥有充足动力，这颗星球曾遍布湖泊河流，如今却变成了寒冷的荒漠。

好奇号近期驶入一片布满蜂窝状构造的区域。这些硬化岩脊被认为由数十亿年前的地下水作用形成。在夏普山（一座高3英里/5公里的山峰）这片绵延数英里的特殊构造中，可能隐藏着微生物能否在远古火星地下存活的线索，这将把火星宜居期延续至星球逐渐干涸的更晚时期。

开展这项探测工作需要大量能源。除了行驶和伸展机械臂研究岩石与悬崖外，好奇号还配备有无线电、相机和10台科学仪器，均需电力支持。维持电子设备、机械部件和仪器最佳工作状态的多个加热器同样耗能。以往任务如勇气号、机遇号火星车和洞察号着陆器依赖太阳能电池板充电，但该技术始终存在光照不足导致供电短缺的风险。

好奇号及其姊妹车毅力号均采用MMRTG核动力系统，通过钚球衰变产生能量并为电池充电。MMRTG以为科学仪器提供持久电力著称（旅行者号探测器自1977年起就使用RTG系统），但随着钚元素衰变，好奇号电池充电时间延长，每日可支配科研能源逐渐减少。

任务团队精细管理火星车每日能耗预算，统筹所有用电设备。尽管这些部件在发射前经过全面测试，但复杂系统在火星极端环境中运行多年后才会暴露出特性。尘埃、辐射和剧烈温度波动引发的极端情况往往超出工程师预期。

"任务初期我们就像过度谨慎的父母，"负责建造和运营火星车的NASA南加州喷气推进实验室（JPL）工程师雷达尔·拉森表示。他领导了此次功能升级的工程师团队，"如今这台'青少年'火星车逐渐成熟，我们开始赋予它更多自主权。就像人类成长过程，孩提时代一次只做一件事，成年后便学会多任务处理。"

高效科研新模式

通常JPL工程师会向好奇号发送按序执行的任务清单，结束后火星车进入休眠充电。2021年起，团队开始研究能否安全合并两三项任务，缩短火星车活跃时长。

例如：好奇号的无线电定期向过境轨道器传输数据图像，再由其转发至地球。火星车能否在行驶、操控机械臂或拍摄图像时同步进行通讯？任务整合可缩短每日计划时长，减少加热器与仪器待机状态的能耗。测试证实该方案可行，目前所有功能已在火星实地验证。

另一项优化是允许好奇号提前完成任务后自主休眠。工程师总会预留缓冲时间应对突发状况。如今若火星车提前完成作业，便会立即进入休眠状态。

通过让火星车自主管理休眠时间，次日任务前的充电需求随之降低。单个任务节省10-20分钟看似微小，但长期累积将极大延长MMRTG的服役寿命，为未来科研探索储备更多能源。

漫漫征程

事实上，团队多年来持续为好奇号升级功能。机械臂岩石钻探采样系统经过多次改进，驾驶能力通过软件更新获得提升。当桅杆相机（火星车"头部"）两个摄像头之一的滤色轮出现故障时，团队开发出替代方案确保全景拍摄质量。

JPL还开发算法减轻车轮磨损。尽管工程师密切监控新损伤，但22英里（35公里）的行驶里程和大量研究证明：即便存在穿刺损伤，车轮仍可继续服役多年。（极端情况下，好奇号可脱落受损的轮毂"胎面"，依靠剩余部分继续行驶。）

这些措施共同确保好奇号始终保持高效运转。

好奇号背景资料

好奇号由NASA喷气推进实验室建造，该机构由加州帕萨迪纳的加州理工学院管理。JPL代表华盛顿NASA科学任务理事会实施该任务，属于NASA火星探索计划的一部分。圣地亚哥的马林空间科学系统公司负责桅杆相机的制造与运营。