張希波

祝融號(hào)：靠什么巡視探測(cè)火星

賈陽(yáng)

截至今年7月30日，祝融號(hào)火星車在火星表面已工作75個(gè)火星日，當(dāng)天完成了對(duì)第二處沙丘地貌的科學(xué)探測(cè)。后續(xù)，它會(huì)利用表面成分探測(cè)儀和多光譜相機(jī)等科學(xué)載荷，對(duì)更多目標(biāo)開(kāi)展詳細(xì)探測(cè)。

可以說(shuō)，人們已了解到“融融”的可愛(ài)與敬業(yè)。那么，它有哪些技術(shù)特色呢？讓我們一探究竟吧。

火星表面地形復(fù)雜，既有陡坡、大石塊，也有松軟的沙地。美國(guó)火星車在工作過(guò)程中，曾遇到難以翻越的沙土質(zhì)陡坡，也曾陷入沙土中無(wú)法移動(dòng)。祝融號(hào)火星車采用了主動(dòng)懸架移動(dòng)系統(tǒng)，其目的就是使火星車在復(fù)雜的地形條件下，具備較強(qiáng)的通過(guò)能力。

在平坦的硬路面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，火星車保持主動(dòng)懸架機(jī)構(gòu)的主動(dòng)關(guān)節(jié)鎖定，此時(shí)懸架退化為被動(dòng)懸架。遇到石塊障礙比較高的情況，可利用主動(dòng)懸架將車體抬高。在難以通過(guò)的軟土沙地，特別是車輪發(fā)生較大沉陷無(wú)法順利通過(guò)時(shí)，可采用尺蠖運(yùn)動(dòng)方式脫困。

首先，兩個(gè)前輪向前運(yùn)動(dòng)，中輪和后輪不動(dòng)，車體高度隨之逐漸降低。然后，前輪不動(dòng)，中輪、后輪前進(jìn)，這個(gè)過(guò)程中車體高度逐漸抬高。接著，再持續(xù)重復(fù)上述過(guò)程。這樣的尺蠖運(yùn)動(dòng)方式，運(yùn)動(dòng)效率雖然比較低，但沙地脫困效果非常好。

火星表面溫度偏低，在火星車頂部，安裝的像雙筒望遠(yuǎn)鏡一樣的設(shè)備，叫做集熱窗。窗口有一層薄膜，可見(jiàn)光能順利透過(guò)，車體發(fā)出的遠(yuǎn)紅外線卻無(wú)法透出，從而起到保溫效果。

陽(yáng)光透過(guò)集熱窗后，能量被一種叫作正十一烷的物質(zhì)通過(guò)相變方式儲(chǔ)存?；鹦前滋鞙囟壬?，這種物質(zhì)吸熱融化；到了晚上溫度下降時(shí)，這種物質(zhì)會(huì)在凝固的過(guò)程中釋放熱能。能量的轉(zhuǎn)換方式變成了“光能——熱能——相變能——熱能”，效率可達(dá)到80%以上。

當(dāng)前，火星上正值盛夏，祝融號(hào)火星車會(huì)“感覺(jué)”稍稍有點(diǎn)熱。不過(guò)，等火星到了秋季之后，收集熱能的這個(gè)本領(lǐng)就會(huì)顯示出效用了。

在火星表面工作，不可避免地會(huì)受到火星塵的影響。最直接的影響，就是導(dǎo)致太陽(yáng)能電池輸出功率下降。因?yàn)榛鹦擒嚬ぷ魉枰碾娔芏紒?lái)自太陽(yáng)能，如果電能不足，火星車只能在火星表面“睡覺(jué)”。

在夏季，我們觀察荷葉上的水珠，可以發(fā)現(xiàn)，荷葉與水間并沒(méi)有發(fā)生浸潤(rùn)，荷葉隨風(fēng)搖曳的過(guò)程中，水珠很容易滾落。借鑒自然界荷葉的疏水原理，科研人員在電池蓋片上增加了超疏基微觀結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的尺寸比火星塵顆粒的尺寸還要小，當(dāng)火星塵與之接觸時(shí)，就相當(dāng)于與一個(gè)納米級(jí)的“針床”接觸，而不是與一個(gè)平面接觸。這大大減小了火星塵顆粒與電池片之間的接觸面積，從而減弱了它們之間的附著力，使火星塵不易沉積，即便沉積后也更容易移除。

火星車采用了超疏基電池蓋片，其中兩個(gè)太陽(yáng)翼還可調(diào)整到豎直狀態(tài)，便于火星塵滑落。

超疏基微觀結(jié)構(gòu)的制備方法有很多種，火星車上采用的是濕化學(xué)腐蝕法。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的太陽(yáng)能電池片，除塵效果達(dá)到了80%以上，特別是對(duì)粒徑75～125微米范圍內(nèi)的塵埃顆粒，除塵效果可達(dá)95%。

火星表面也會(huì)有局部沙塵天氣，嚴(yán)重時(shí)甚至蔓延到火星的大部分地區(qū)，成為全球性沙塵暴。美國(guó)的機(jī)遇號(hào)火星車在火星表面工作了15年，就是因?yàn)橐淮螄?yán)重的沙塵天氣而中斷了工作。

祝融號(hào)火星車如何應(yīng)對(duì)這樣的沙塵天氣呢？研制者們?yōu)槠湓O(shè)計(jì)了自主休眠喚醒功能。就是說(shuō)，火星車會(huì)根據(jù)環(huán)境變化，自己決定何時(shí)“睡覺(jué)”何時(shí)“起床”。

在火星表面，當(dāng)風(fēng)速逐漸升高，出現(xiàn)沙塵天氣時(shí)，火星車首先感覺(jué)到的是太陽(yáng)能電池板輸出的電能有些不夠。每當(dāng)黃昏時(shí)，電池的電量都應(yīng)該是滿滿的，“今天怎么這么少？”火星車趕緊計(jì)算明天的工作需要多少電能。如果結(jié)論是“差一點(diǎn)”，那么火星車就會(huì)減少工作的設(shè)備，通過(guò)“過(guò)緊日子”的方式等到第二天；如果結(jié)論是“差很多，不夠今天晚上用的”，那么火星車就會(huì)立即休眠，全系統(tǒng)斷電。這時(shí)，就需要祝融號(hào)火星車“過(guò)點(diǎn)苦日子”了。設(shè)備的溫度越來(lái)越低，最低可達(dá)-100℃以下。即便如此也沒(méi)辦法，火星車只能在寒冷中“睡覺(jué)”。

喚醒有兩個(gè)必備條件：一個(gè)是等到沙塵天氣過(guò)去，陽(yáng)光越來(lái)越強(qiáng)，大氣變得澄凈、透明，火星車太陽(yáng)翼的發(fā)電量可維持正常工作；另一個(gè)是火星車關(guān)鍵設(shè)備的溫度符合工作要求，比如蓄電池可正常充電了。

等條件都滿足了，不需要地面控制，火星車會(huì)自己“蘇醒”，繼續(xù)工作。

（來(lái)源：《解放軍報(bào)》2021年8月20日）

【閱讀訓(xùn)練】

⒈根據(jù)選文內(nèi)容回答標(biāo)題中涉及的問(wèn)題。

答：_______________________________

⒉選文是按照什么順序介紹說(shuō)明對(duì)象的？

答：_______________________________

⒊根據(jù)文中對(duì)祝融號(hào)火星車運(yùn)動(dòng)方式的說(shuō)明，給“尺蠖運(yùn)動(dòng)”下一個(gè)定義。

答：_______________________________

⒋下列對(duì)選文內(nèi)容和寫(xiě)法的分析，有錯(cuò)誤的一項(xiàng)是（）

A.祝融號(hào)火星車可根據(jù)不同的地形，采用不同的運(yùn)動(dòng)方式。

B.祝融號(hào)巡視探測(cè)火星表明我國(guó)的航天技術(shù)已居于世界一流的水平。

C.“設(shè)備的溫度越來(lái)越低，最低可達(dá)-100℃以下”，句中的“以下”不能體現(xiàn)說(shuō)明文語(yǔ)言準(zhǔn)確性的要求。

D.選文主要運(yùn)用了列數(shù)字、打比方、舉例子等說(shuō)明方法。

隨心變色的“魔術(shù)染料”

劉晨

在魔術(shù)表演中，魔術(shù)師左右手各執(zhí)一張黑色梅花的撲克牌，兩張牌輕輕一碰，魔術(shù)師吹一口“仙氣”，原本的梅花圖案瞬間變成了紅桃圖案。

魔術(shù)中撲克牌的顏色變化多端，只是幻影或手法技巧不同。現(xiàn)實(shí)中，能隨心變色的生物只有變色龍。但是，隨著“魔術(shù)染料”的出現(xiàn)，手機(jī)殼、鞋子、車都可以變換顏色和圖案。接下來(lái)，就讓我們一起認(rèn)識(shí)一下這奇妙的“魔術(shù)染料”。

美國(guó)麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室的研究人員模仿變色龍的變色能力，開(kāi)發(fā)出一種可重復(fù)使用、完全可逆的“魔術(shù)染料”。作為一種混合型光致變色染料，它用漆料分別與品紅、黃色和青色三種光致變色顏料等比例混合，再噴涂到物體上，之后讓物體在紫外線和可見(jiàn)光的照射下改變顏色。

為什么會(huì)發(fā)生這么神奇的效果呢？我們知道，物體之所以顯示出不同的顏色，是光與物質(zhì)相互作用之后，光線與視網(wǎng)膜中的視細(xì)胞作用效果不同而引起，與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。而一切介質(zhì)對(duì)光均具有吸收、反射、透射三種特性。吸收分一般吸收和選擇吸收。一般吸收指的是在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，物質(zhì)對(duì)各種波長(zhǎng)的光作等能量吸收，而選擇吸收是指物質(zhì)對(duì)某種波長(zhǎng)的光吸收顯著，具有選擇性。選擇吸收是物體呈現(xiàn)顏色的主要原因。

不僅單色光能產(chǎn)生顏色，幾種單色光的混合光也可以產(chǎn)生顏色。例如黃色光和藍(lán)色光兩種單色光混合可以產(chǎn)生綠色光。這種綠色光與單色綠光，人眼是感覺(jué)不出有什么區(qū)別的。

我們所知的染料顏色混合都是減法混色?！澳g(shù)染料”使用三種具有不同波長(zhǎng)的三原色光來(lái)分別消除每種原色，從而形成各種顏色的光。

“魔術(shù)染料”基于染料的光致變色特性，比如化合物A在受到特定波長(zhǎng)的光照射時(shí)，發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)生成化合物B，其吸收光譜發(fā)生變化；在另一波長(zhǎng)的光照射下，化合物B恢復(fù)到化合物A。

早在1867年，科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)，黃色的并四苯材料在空氣和光線的照射下會(huì)褪色，受熱之后會(huì)變回黃色。1952年，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了一類叫螺吡喃的化合物，它在光線照射下能夠發(fā)生可逆的顏色改變。近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)家也合成了100多種有機(jī)光致變色材料。

例如日本研究了一種光致變色染料，能使合成纖維織物“染”上周圍景物的顏色，把人的服裝“融”在自然景色中。中國(guó)試制的光致變色染料腈綸線，編織成衣料后能隨光源變化轉(zhuǎn)換色彩。

魔術(shù)般的光致變色染料在日常生活中和國(guó)防軍事上都能發(fā)揮重要的作用。

在日常生活中，不論是手機(jī)外殼、鞋子、玩具等小型生活用品的定制，還是汽車、飛機(jī)等大型設(shè)備的表面裝飾，“魔術(shù)染料”都可以滿足。

在國(guó)防軍事上，它可以將軍艦、坦克等武器裝備用光致變色染料加以涂敷，其表面在光照下會(huì)產(chǎn)生變色，使其與周圍的環(huán)境匹配，從而融入大自然中，讓衛(wèi)星等偵察手段不易發(fā)現(xiàn)它們的真面目，達(dá)到掩護(hù)的目的。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，相信在不久的將來(lái)，光致變色染料會(huì)走入千家萬(wàn)戶，并影響人們的日常生活。也許有一天，一輛邊行駛邊變色的汽車，會(huì)與你擦身而過(guò)。

（來(lái)源：《知識(shí)就是力量》2021年第7期）

【閱讀訓(xùn)練】

⒈作者在第一段描寫(xiě)魔術(shù)師表演撲克牌變色的高超技藝，其用意是什么？

答：_______________________________

⒉選文是從哪些方面介紹說(shuō)明對(duì)象的？

答：_______________________________

⒊簡(jiǎn)析下列句中加點(diǎn)詞語(yǔ)的表達(dá)作用。

⒋下列對(duì)選文內(nèi)容和寫(xiě)法的分析理解，有錯(cuò)誤的一項(xiàng)是（）

A.選文的說(shuō)明對(duì)象是光致變色染料，它是一種非常奇妙的染料。

B.這是一篇說(shuō)明抽象事理的說(shuō)明文，作者在文中多次運(yùn)用了舉例子的說(shuō)明方法。

C.選文是按照邏輯順序和時(shí)間順序介紹說(shuō)明對(duì)象的。

D.物體顯示不同顏色與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，與波長(zhǎng)有關(guān)。

【參考答案】

《祝融號(hào)：靠什么巡視探測(cè)火星》

⒈祝融號(hào)巡視探測(cè)火星靠主動(dòng)懸架移動(dòng)系統(tǒng)平穩(wěn)前進(jìn)，靠集熱窗實(shí)現(xiàn)“保暖”，靠在電池蓋片上增加超疏基微觀結(jié)構(gòu)降塵，靠自主休眠喚醒功能應(yīng)對(duì)沙塵暴。

⒉從總到分的邏輯順序。

⒊尺蠖運(yùn)動(dòng)就是身體前半部分先運(yùn)動(dòng)，然后后半部分再運(yùn)動(dòng)，通過(guò)身體不斷伸與屈向前行進(jìn)的一種運(yùn)動(dòng)方式。

⒋C。

《隨心變色的“魔術(shù)染料”》

⒈①引出說(shuō)明對(duì)象——奇妙的“魔術(shù)染料”——光致變色染料。②激發(fā)讀者的閱讀興趣。

⒉是從制作工藝原理、發(fā)展歷史、廣泛應(yīng)用等幾個(gè)方面介紹光致變色染料。

⒊“主要”，有關(guān)事物中最重要的。它說(shuō)明“選擇吸收”對(duì)物體所呈現(xiàn)的顏色起決定性作用，但還有其他一些原因?！爸饕币辉~重點(diǎn)又全面、準(zhǔn)確而客觀地說(shuō)明了物體呈現(xiàn)顏色的原因，體現(xiàn)了說(shuō)明文語(yǔ)言準(zhǔn)確性的要求。

⒋B。

（作者單位：河北省樂(lè)亭一中）