NASA的"好奇号"火星探测器刚刚掌握了多任务操作能力

自好奇号登陆火星已过去十三年，工程师们仍在寻找方法让这台NASA火星车更加高效。这辆六轮机器人获得了更高的自主性和多任务处理能力——这些改进旨在充分利用好奇号的能量来源：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代火星气候如何变化（将一个遍布湖泊河流的世界变成如今寒冷沙漠）的过程中拥有充沛的能源。

好奇号近期驶入了一片布满蜂窝状构造的区域。这些硬化岩脊据信由数十亿年前的地下水形成。在3英里高（5公里高）的夏普山上，这些绵延数英里的构造或许能揭示微生物生命是否能在远古时期的火星地下环境中存活，从而将宜居期延长至火星逐渐干涸的阶段。

执行这类探测工作消耗巨大能量。除行驶和伸展机械臂研究岩石与悬崖外，好奇号配备的无线电、相机及10台科学仪器均需供电。维持电子设备、机械部件和仪器最佳运行状态的多台加热器同样耗能。此前精神号、机遇号等火星车及洞察号着陆器依赖太阳能电池板充电，但该技术始终存在日照不足导致供电中断的风险。

好奇号及其姊妹车毅力号均采用MMRTG核动力源，该装置依靠衰变的钚丸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沛电力著称（旅行者双探测器自1977年起便依赖RTG供电）。但随着钚元素随时间衰变，好奇号电池充电时间延长，每日可供科研使用的能量随之减少。

团队精细管理火星车每日能耗预算，统筹考量所有耗电设备。尽管这些部件在发射前均经过全面测试，但作为复杂系统的一部分，其特殊运行特性需在火星极端环境中历经数年才会显现。尘埃、辐射及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监护人，"建造并运营火星车的南加州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。"如同步入少年期的火星车逐渐成熟，我们信任它能承担更多责任。孩童时期一次只做一件事，但成年后便学会多任务处理。"

高效科研

通常JPL工程师向好奇号发送任务清单，令其在每日休眠充电前逐一执行。2021年起团队研究能否安全合并两至三项任务，缩短火星车激活时长。

例如，好奇号的无线电定期向过境轨道器传输数据图像，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联络轨道器？任务整合可缩短每日计划时长，减少加热器启动和仪器待机时间，从而降低能耗。测试证实好奇号具备此能力，这些功能现已在火星成功验证。

另一项技巧是允许好奇号提前完成任务后自主休眠。工程师总会预留额外时间应对突发状况。如今若好奇号提前完成活动，将提前进入休眠。

通过让火星车自主管理休眠时段，执行次日计划前所需充电时间相应缩短。即使单项活动仅节省10至20分钟，长期积累也能最大化MMRTG寿命，为未来更多科研探索储备能量。

征程继续

事实上团队多年持续为好奇号升级功能。机械臂的岩石粉碎钻头取样方式因故障重新设计，行驶能力通过软件更新增强。当桅杆相机（好奇号可旋转"头部"）两台中某台相机的滤色轮停转时，团队开发出变通方案仍可拍摄壮丽全景。

JPL还开发算法减轻好奇号饱经岩石撞击的车轮磨损。尽管工程师密切监测新增损伤，但无需担忧：历经22英里（35公里）跋涉和深入研究，车轮虽有穿孔仍具备多年行驶能力（极端情况下，好奇号可切除受损"胎面"继续使用剩余部分行驶）。

综合措施有效保障好奇号持续高效运转。

关于好奇号

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NASA华盛顿总部科学任务理事会领导此次任务，该项目隶属NASA火星探索计划。圣地亚哥的马林空间科学系统公司建造并运营桅杆相机。