NASA的“好奇号”火星车刚刚学会了如何多任务处理

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持续破译远古火星气候演变过程时拥有充足电力，这颗星球曾遍布湖泊河流，如今已变成寒冷的荒漠。

好奇号近期驶入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塑造而成。在夏普山这片绵延数英里的区域（这座山脉高度达3英里/5公里），这些构造或将揭示微生物是否能在远古时期火星地下存活，从而延长这颗星球干燥化过程中宜居期的持续时间。

开展这类探测工作需消耗大量能源。除驱动车身和伸展机械臂研究岩石崖壁外，好奇号还配备无线电、相机及10台科学仪器需要供电。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（旅行者号双探测器自1977年便使用RTG），但随着钚元素衰变，好奇号电池充电时间延长，每日可供科研使用的能量逐渐减少。

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均经过严格测试，但复杂系统在火星极端环境中运行数年后才暴露出特殊问题。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工程师雷达尔·拉森说。他领导开发了这些新功能。"如今进入青春期的火星车逐渐成熟，我们开始信任它承担更多责任。孩童时期一次只能做一件事，但成年后你就学会了多任务处理。"

高效科研新模式

通常JPL工程师会发送任务清单让好奇号逐项完成，最后进入充电休眠模式。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。

例如好奇号定期通过无线电向过轨卫星传输数据图像，再由卫星转发至地球。火星车能否在行驶、操控机械臂或拍摄图像时同步进行卫星通信？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。测试证实好奇号具备这种能力，所有功能现已在火星成功验证。

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既定活动，便会立即进入休眠状态。

通过让火星车自主管理休眠时机，次日任务前的充电需求相应降低。即便单次任务仅节省10-20分钟，长期积累将极大延长MMRTG使用寿命，为后续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。机械臂岩石粉碎钻头的采样方式因故障重新设计，驾驶能力通过软件更新获得提升。当桅杆相机（好奇号可旋转"头部"）的双相机系统中某个滤光轮停转时，团队开发出替代方案继续拍摄全景图像。

JPL还开发算法减少好奇号车轮磨损。尽管工程师密切监控新损伤，但22英里（35公里）行驶里程和大量研究表明：即便出现穿孔，车轮仍具备多年行驶能力。（极端情况下，好奇号可切除轮毂"胎面"受损部分继续行驶。）

这些措施共同确保好奇号始终保持高效工作状态。

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，隶属NASA火星探索计划。圣地亚哥的马林空间科学系统公司负责桅杆相机的建造与运营。