中国的火星巡游车是用什么方案解决太阳板蒙尘问题的？
中国国家航天局的“天问一号”任务，成功将我国首个火星巡游车“祝融号”送上了这颗红色星球的土地。然而，火星巡游车能否长期稳定地工作，一个至关重要的问题便是——如何应对火星上无处不在的尘埃对太阳能电池板的“侵蚀”？火星表面覆盖着一层细密的尘埃，这些尘埃不仅会降低太阳能电池板的发电效率，长期堆积甚至可能导致设备永久性损伤。为了保证“祝融号”的任务持续，科研人员为它设计了一系列精妙的“防尘清扫”方案。
从设计源头抓起：扬尘的“物理防御”
首先，在“祝融号”的设计之初，就充分考虑了火星恶劣的沙尘环境。
倾斜角度设计： 太阳能电池板被设计成一定的倾斜角度。这个看似简单的角度优化，实际上是利用了火星的重力以及可能发生的风力作用。当火星发生扬尘事件或风沙活动时，尘埃颗粒可能会因为重力和风的吹拂而自然滑落，减少了附着在电池板表面的机会。这种被动式的“自洁”能力，是应对长期尘埃积累的第一道防线。
表面材料的选择与处理： 电池板的表面材料并非普通玻璃，而是经过特殊选择和处理的。这些材料具有较高的硬度和耐磨性，能够抵抗沙尘的刮擦。同时，表面可能采用了特殊的纳米涂层技术，增加了其疏水疏油性，使得尘埃颗粒不易牢固地附着。即使有尘埃吸附，也更容易在受到外力（如风力）作用时被清除。
主动出击：动态的“清扫机制”
仅仅依靠被动防御是不够的，在火星的环境下，更需要主动的“清扫”手段。
震动除尘： “祝融号”的太阳能电池板具备一定的震动能力。在特定的时机，例如通过遥测数据判断电池板已积累一定量的尘埃，或者在一天中温度变化较大的时候（温差可能导致尘埃松动），巡游车会启动一个小型驱动装置，使太阳能电池板产生轻微但有效的震动。这种震动能够将附着在表面的尘埃颗粒震落，重新恢复电池板的发电能力。这种方式类似于我们平时拍打地毯，将灰尘抖落。
高压气流吹扫（理论探索）： 尽管目前公开的信息主要集中在震动除尘，但对于火星巡游车而言，利用携带的高压气体进行吹扫也是一种可能的备选或补充方案。理论上，如果配备有小型储气罐和喷嘴系统，可以在需要时释放压缩气体，将电池板上的尘埃吹走。不过，这种方案对储气罐的大小和气体压力有一定要求，并且需要考虑气体消耗问题，所以在实际应用中需要权衡。不过，在“祝融号”的设计中，这种方式并未成为主要手段，更偏向于高效的机械震动。
智能监控与调度：何时“出手”更关键
除了硬件上的设计和主动的清扫机制，“祝融号”还拥有强大的“大脑”来智能化管理太阳能电池板的健康。
发电功率监测： 巡游车会实时监测太阳能电池板的发电功率。当监测到发电功率显著下降，且降幅超出了预期的正常波动范围时，就意味着电池板可能已被尘埃严重覆盖。
环境传感器辅助判断： 除了功率数据，巡游车还配备了各种环境传感器，可以感知周围的温度、风速、甚至是大气中的尘埃浓度。这些数据将与发电功率数据相结合，帮助车载计算机做出更准确的判断：是太阳活动角度变化导致的光照不足，还是真正的尘埃蒙尘。
智能化的除尘决策： 基于以上监测和判断，“祝融号”的车载人工智能系统将自主决定是否执行除尘程序，以及何时执行最有效率。例如，它可能会选择在一天中温度相对较高、风力适宜的时候进行震动清扫，以最大化除尘效果并减少能量损耗。这种智能化的调度，避免了不必要的震动，节约了宝贵的电能。
应对极端情况：备用能源与休眠策略
在极其不利的火星天气条件下，例如漫长的沙尘暴季节，“祝融号”也做好了应对准备。
电能管理与休眠： 当太阳能电池板的发电能力下降到一定程度，无法满足日常运行需求时，巡游车不会硬撑。它会优先保证核心系统的正常运转，并进入低功耗的“休眠”状态，节约电池能量。只有当环境条件好转，发电能力恢复到一定水平后，才会重新激活，继续执行任务。
有限的备用能源： 虽然“祝融号”主要依靠太阳能供电，但其设计中也会考虑一定量的备用能量存储（例如电池），以应对短时间内的极端情况或在执行关键操作时提供必要的能量支持。
总而言之，“祝融号”在解决太阳能电池板蒙尘问题上，采取的是一套集被动防护、主动清理、智能监控和应急策略于一体的综合解决方案。通过这些精巧的设计和智能化的管理，它能够最大限度地抵御火星尘埃的侵扰，确保任务的顺利进行，为我们探索火星的奥秘提供源源不断的动力。
网友意见
太阳能电厂内遇到的面板清洁问题，火星车上都能遇到，并且由于火星更干燥，无降雨，其静电吸附效应应该更强。鉴于工作环境，有以下可选方案
1反正太阳能电池板是折叠的，并且可以调整角度，是否设计成可反复折叠，在反复折叠过程中抖落灰尘，类似于人抖衣服上的灰。缺点是反复折叠需要额外的驱动机构，万一被小石子卡住，就直接完蛋。实际上即便火星车能够转动太阳能板，也是通过车身整体倾斜30度来开能不能掉灰，毕竟有灰还能用，抖坏了直接没了。
2面板才用抗静电吸附材料，面板增加振动马达，提高面板表面光洁度。通过减少吸附，以及定时振动清灰。不过预计振动会带来其它不确定因素。
3面板外贴膜，定期撕掉一张。但是由于面板并不是一整块，每一小块增加一个撕膜的动作，岂不是又增加了机构？
4压缩空气吹尘。效果不错，但是压缩空气也是要随火箭小车一起出发的，也是重量。
5面板清扫机器人，类似于擦窗机器人，一个月工作一次，面板表层磨损也不是太严重不是。
6毕竟使用寿命90天的东西，如果90天预计衰减20，我直接才用120%效率的电池板，或者增加20%面积，毕竟技术在进步，也不是不可能嘛
7换钚238，那货有没有太阳能都能稳定工作，半衰期很长，不过重量嘛
8 就90天的命，爱咋咋地，超期服役一天是赚到，没必要为了超期增加其它可能出问题的机构。何不直接研制新型号，将设计寿命改成180天或者更长，从设计之初开始就考虑这个问题
有。
我看到几个回答说目前没有解决方案。当然，如果你期待的是安装一个雨刷或者气泵之类的专门用于除尘的装置，那是没有的。因为这样非常的不经济。考虑到我国的火星车的设计寿命只有90多天（当然实际上会久得多，机遇号和勇气号也是90天，这都996多少年了。。。），这么短的时间内被沙尘暴完全覆盖太阳能板的概率并不大，如果为了这个目的而增添专门的除尘设备，需要更大的火箭推力的同时，会面临更多的失败的风险，在目前的技术条件下，并不是一个最优解。
关键词1：运气
上图的左右对比能很清楚的看到，被厚厚的火星黄色沙尘覆盖的机遇号，在二个月的时间内好像洗了一次车一样，变干净了许多，之后的数据显示其能源激增，与年初的电量相比，其电量增加了近70％。
这同样是托火星的沙尘暴的福。英文有一个词，叫dust devil,指的就是那些个小旋风，在地球上，这些小旋风形成于暖空气上升气流开始旋转的时候。
火星上同样会有这样的小旋风，如果刚好经过火星车，就有可能会吹走太阳能板上大部分的颗粒直径在1.2~5 μm的细微尘埃。[1]要知道机遇号在火星上所处的位置是Meridiani高原，并不是一个多尘多风暴的地区，所以在积尘不多的情况下又恰巧有一股小旋风经过并清洁干净，真的是十足的运气。
关键字2：倾斜
理论上讲，所有带太阳能板的火车漫游车都可以通过倾斜整个车身来倾倒太阳能电池板上的灰尘，并以更大的投影面积面向太阳。当倾斜角度大于粉尘的「休止角」时，就能达到除尘的目的。
比如欧洲航天局迟迟未能发射的罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）火星漫游车，就能通过寻找合适的地形将车身倾斜超过30度，从而让尘埃掉落。但也不是每台火星车都有这样的地形条件。比如2010年，位于南半球的NASA勇气号火星漫游车太阳能板就不幸被尘埃覆盖住了。冬天快到了，NASA想让勇气号倾斜从而最大程度地暴露在阳光下。但由于它的车轮已经卡死在向南倾斜5度的岩石上，而太阳在天空的北方地平线附近；所以最终让勇气号失去了精神（电力）。
有的火星车模型在设计之初都有考虑做可以单独控制方向的太阳能板(太阳翼一维转动系统)，或者通过不断折叠再打开的方式来除尘（很耗时），但由于运动部件在沙尘环境中极易发生故障并被卡住，或者电机在这个过程中发生故障，那么太阳能板就会卡在一个意外的角度上，导致阳光无法提供足够的功率，这会严重危及到任务的顺利进行。因此最安全的选择是让整辆车都倾斜一定角度。
困难
和月球类似，由于太阳的紫外线照射，加上大风导致干燥的尘埃间以及尘埃与地表间不断相互碰撞，导致火星大气中飘浮的沙尘会带有静电[2]。一旦落在太阳能板上，就会吸附在上面，有时即使通过倾斜也无法完全去除吸附其上的颗粒，甚至就算是雨刷也没办法刮干净带静电的微粒(更不要说干搓运动会损害太阳能板表面了)
未来的解决方案
尘埃沉积是目前火星车运作持续时间的最主要的瓶颈之一。除了利用核能舍弃太阳能板不用以外，目前其它的解决提案还有在伸缩臂上安装压缩气泵、太阳翼二维转动等方法，各有优缺点。NASA目前选择是直接建造更大的太阳能电池板的方法。既然因尘埃遮蔽导致每个火星日的电量约以0.15%~0.29%的速度下降，也就是说在90天任务中尘埃会使光线变暗20%多，那就建一个增加20%以上余量的太阳能电池板，就能确保其拥有足够的能量。这是质量与预算最平衡的方法。
接下来的十年，肯定会有更先进的自除尘太阳能电池板技术出现。NASA的肯尼迪航天中心在上个世纪70年代就研发了一套电盾系统（Electrodynamic Shield），利用静电力和介电泳力清除太阳能电池板上的灰尘。具体的来说，就是将透明的电敏感材料放置在太阳能板上，借助传感器，当面板上灰尘浓度达到临界水平时为材料通电，让灰尘带电并飘浮，从而将其从面板上移开。之前由于静电击穿现象的问题存在，该技术从未在火星或月球上用过。但是NASA已经在研制一种办法可以防止静电击穿。在地球的模拟火星环境中，已经可以成功清除太阳能板表面不带电的尘埃颗粒。[3]
实验室数据显示，面板仅需少量电荷，就可以在两分钟清除约90％的沉积在面板上的灰尘。这是少有的不需要水或机械运动而自动除尘的技术。”
题外话：应用
很多人说，这和我们的生活离得太远了，花这么多时间研发这个技术有什么现实的用途么？
有的，那就是：沙漠发电。
2019年全球发电量为27004.7TWH(27万亿度)。按照美国能源情报署(EIA)当年发布的《2011年国际能源展望》，到2035年全球能源消费量将增长53%。而目前全球只有不到0.04％的能源来自太阳能电池板。如果将世界的4%的沙漠面积用于太阳能发电，那么就完全可以在未来20年里达到全球范围的极大满足。[4]
如果全球的荒漠全部装上光伏发电系统，一天的发电量就超过了目前全球一年的用电量（这也是前几年光伏产业泡沫巨大的原因之一，还是有很多的技术瓶颈存在）
而在沙漠中，是没办法通过水来清洁太阳能板的，但完全可以通过自我供电自我清洁技术发挥清洁功能。所以这个技术的前景还是很大的。
中国目前还没有相应的成熟专利，所以，中国加油。
参考
- ^ Siebach, Ardidson, Cabrol, and the Athena Science Team, "Recent Spirit results: Microscopic Imager analysis of particle properties in Scamander Crater, west of home," LPS 41 (2010)
- ^ Eden, H.F. and B. Vonnegut, "Electrical breakdown caused by dust motion in low-pressure atmospheres: Considerations for Mars," Nature, 280, pp. 962 (1973)
- ^ https://www.researchgate.net/figure/top-The-dust-laden-screen-before-the-voltage-was-applied-and-bottom-dust-removal_fig1_235655142
- ^ 美国化学会（ACS）第240届全国会议的一份报告。
据我所知上面安装了一个雨刮器。
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