美国宇航局"好奇号"火星车刚刚学会多任务处理

自好奇号登陆火星已过去十三年，工程师们正在寻找方法让这台NASA火星车更加高效。这个六轮机器人被赋予了更多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，即一台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持续破译古老火星气候如何变化、将湖泊河流遍布的世界转变为今日寒冷荒漠的过程中拥有充足电力。

好奇号近期驶入了一片遍布网状构造的区域。这些硬化岩脊据信是由数十亿年前的地下水形成的。在夏普山（一座高3英里/5公里的山脉）的这片区域绵延数英里的构造，可能揭示微生物生命是否能在远古火星地下存活，从而将宜居期延伸至这颗星球逐渐干涸的更晚时期。

执行这类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，好奇号还配备无线电、相机及10台科学仪器，均需电力驱动。维持电子设备、机械部件和仪器最佳运行状态的多组加热器同样耗能。以往任务如勇气号、机遇号火星车及洞察号着陆器依赖太阳能电池板充电，但该技术始终存在接收光照不足导致供电中断的风险。

为此，好奇号及其姊妹探测器毅力号各自采用MMRTG核动力源，该装置利用衰变的钚颗粒产生能量并为火星车电池充电。MMRTG以为火星车众多科学仪器提供充足电力著称，且以长寿闻名（旅行者号双探测器自1977年起便依赖RTG供电）。但随着钚随时间衰变，好奇号电池充电所需时间延长，每日可用于科研的能源随之减少。

团队精细管理火星车的每日电力预算，统筹考量所有耗电设备。尽管这些部件在发射前均经过广泛测试，但它们作为复杂系统的一部分，只有在火星极端环境中运行数年后才会显现特性。尘埃、辐射和剧烈温度波动引发的极端情况超出工程师预期。

"任务早期我们更像谨慎的父母，"位于南加州、负责建造和运行火星车的NASA喷气推进实验室（JPL）工程师雷达尔·拉森表示。拉森领导了开发新功能的工程师团队。"这就像我们处于青少年期的火星车正在成熟，我们信任它能承担更多责任。孩童时期你可能一次只做一件事，但成年后便学会多任务处理。"

更高效的科学探索

通常，JPL工程师向好奇号发送任务清单，要求其在结束每日充电休眠前逐项完成。2021年起，团队开始研究能否安全合并两到三项火星车任务，从而缩短其活跃时间。

例如，好奇号的无线电定期向过境轨道器发送数据及图像，由其转发至地球。火星车能否在行驶、移动机械臂或拍摄图像时同步与轨道器通信？整合任务可压缩每日计划时长，减少加热器开启和仪器待机状态的持续时间，从而降低能耗。测试证明好奇号可安全执行此类操作，且所有功能现已在火星上成功验证。

另一项技巧是允许好奇号在提前完成任务时自主休眠。工程师总会预留额外时间以防突发状况导致当日活动超时。如今，若好奇号在规定时间前完成活动，便会提前进入睡眠状态。

通过让火星车自主管理休眠时间，执行次日计划前所需的充电量相应减少。即使单次行动仅节省10或20分钟，长期累积也能最大化利用MMRTG的寿命，为未来更多科学探索铺路。

前路漫漫

实际上，团队多年来一直在好奇号上实施其他新功能。若干机械问题促使团队重新设计机械臂岩石粉碎钻的采样方式，并通过软件更新强化了行驶能力。当安装在好奇号可旋转"头部"（桅杆相机）的双相机中某台的颜色滤轮停转时，团队开发出变通方案使其仍能拍摄同等精美的全景图像。

JPL还开发算法以减少好奇号饱受岩石磨损的车轮损耗。尽管工程师密切监测任何新损伤，但他们并不担忧：在行驶22英里（35公里）并完成大量研究后，事实表明尽管存在穿孔，这些车轮仍具备多年行驶能力。（极端情况下，好奇号可移除车轮"胎面"的受损部分，依靠剩余部分继续行驶。）

综合来看，这些措施有效保障了好奇号持续高效运转。

关于好奇号的更多信息

好奇号由NASA喷气推进实验室建造，该实验室由加州帕萨迪纳的加州理工学院管理。JPL代表位于华盛顿的NASA科学任务理事会领导该项目，该项目隶属于NASA火星探测计划。圣地亚哥的马林空间科学系统公司建造并运营桅杆相机（Mastcam）。