小馬寶莉小馬國火星救援!
任務日誌–太陽日418
離上次寫日誌已經隔了好一段時間,不過我最近是一直都挺忙的,比如追查移動房車內的漏電,幫忙開展行前體檢,還有其他許多雜七雜八的準備工作。所以我先要鋪墊許多背景故事才能講到我是怎麼來到現在這個境況(即在再次嘗試了一輪天狼星七號之後重回居住區)的。
雲層消散天空再次放晴確實是有不少的幫助——隻不過這樣一來,現在夜間移動房車內的溫度也明顯下降了不少。居住艙段內布置的rtg以及保溫材料能夠相對緩解熱量不足的問題,不過今天早上我們醒來時卻是擠作一團,而我們都清楚記得,大家絕對不是以這種姿勢入睡的。我可以很明確地告訴你,在冰窖一樣的艙內起床並穿上太空服算不上什麼好體驗。不過暫時還沒冷到產生嚴重不適的程度,所以我們決定先忍一忍。
過去的一個星期我都一直在觀察午間太陽能電池板的電能輸出情況。太陽日410當天雲層仍然有充分覆蓋,我測試的那塊太陽能電池板在正午時輸出功率為108瓦。到了太陽日418的今天,在天空完全晴朗,隻帶有平常那層粉色薄霧的情況下,測得的功率是122瓦。這是個極好的消息。隻要這樣的氣候能一直保持,我們充電的效率就能最大化。
這一周裡我們還把移動房車的電氣係統從頭到尾檢查了兩遍,二號漫遊車的係統也檢查了一遍。成果是找出了線纜上的四處裸露導體,更是有一處導線完全斷裂了(很顯然連接的是一個廢棄了的係統);此外我們還整體拆除了足足四捆已經完全失去功能的線束。不過我們並沒有把它們草草一扔了之;拆下來的線纜都被放到二號漫遊車尾部的廢舊材料與工具儲藏區了。這些線纜的潛在用途實在是數不勝數,除非確有必要,我是肯定不願意就這麼當垃圾扔掉的。
除這場大檢查之外,我們還複核了一遍艙內留下的切斷電纜的殘端都已正確斷電,並做好了充分的絕緣;我們已經在不拆解小馬飛船的前提下儘我們所能做好了全飛船電路的安全防護。這裡的“不拆解”當然指的是“不進一步拆解”。這玩意現在的樣子已經活像是在廢品回收站裡被各路拾荒者蹂躪過六個月了。
接著,我們終於到了能開展天狼星七號第二次任務兩項測試的時候。昨天我們充滿電之後在黎明前一小時從居住區出發,行前還斷開了拖車屋頂上那些太陽能電池板的接入電纜,這樣的話途中就隻有rtg還在往電力係統中輸入能量。至於剩下的其他設備,自然都是一直在耗電。我們一路行駛到電池示數顯示為10為止,代表我們消耗掉了差不多瓦時的電能。至於行駛的距離麼總計五十七又九分之一千米,這樣電能消耗率就下降到了每千米850瓦時,應該都是有賴於我們千辛萬苦堵上的那些電能漏洞。
我們又重新接好了太陽能電池板,還鋪開了二號漫遊車上的那些額外太陽能板,然後差不多就照以前的套路過了一整天。在我們出發之前已經預先烹飪好了夠吃四天的土豆,因此每一頓土豆餐都隻需要四分鐘左右的時間就能從冰凍狀態加熱到可以食用。(突然又來了個想法;如果我們每天都提前從鞍包裡拿出第二天要吃的土豆解凍的話,這個時間甚至還可以再砍掉一半。)至於生活的其他方方麵麵,我們的行為都與先前是一模一樣——擺弄電腦,聊天給太空服充能,諸如此類。而今天早上我們醒來時,電池示數離完全充滿隻差不到1。
組員們好樣的!保護海盜忍者行動大成功!
於是這就引出了今天要進行的實驗;開車沿原路返回,途中再次斷開太陽能電池板——也就是說行駛過程中的條件基本與之前保持一致——不過區彆是這次二號漫遊車兩隻後輪的電機離合處於分離狀態。
容我講解一下這個實驗背後的邏輯。驅動漫遊車輪的電機係統按設計是以相對低速運轉的,卻能產生驚世駭俗的扭矩。你們應該還記得當時二號漫遊車光憑自身的驅動力就能拖動整個小馬飛船的殘骸——重量是其自身的二點五倍。(行,這麼說有失偏頗;其實並不是光靠它自身的力量拖動的。我們當時手頭還有一隻獨角獸與一隻龍協助飛船翻越溝壑地形。不過假如這裡地麵的平整度與軌道上觀察到的情況一致的話,這點重量絕對是拖得動的。更不用說如果小馬們設計時起落架采用了更大的輪對的話,拖動的速度就不至於隻有緩慢如同爬行的每小時一千米了。我真的一點都沒有誇張;ares任務的漫遊車都是些力大無比的怪物。)
現在的想法是,照道理電機的拖動效率包線應該是平滑的;也就是說隻要載荷不為零,或者重到電機根本連動都動不了,它就應該運行於效率峰值附近,因此無論是把全部電力都分配給同一台電機還是均勻分布到四台或八台電機頭上都應該沒有任何區彆。然而實際情況卻根本不是如此。其實隻要一台電機承受的載荷跌到其額定負載的百分之五十以下,運行效率也會跟著一起滑坡。要是到了百分之二十以下,基本上就爛到沒鳥用了。
原因在於摩擦力。摩擦力會持之以恒地竊取任意類型動力引擎的運轉效率——相互刮蹭的軸承,還有與外殼之間的滑動等等,各種方式積少成多。減少負載的同時確實會減少拖動所需的電能,這點是沒錯……可是摩擦力的消耗是永恒不變的,這樣以摩擦形式損耗掉的電力在總能耗中的占比就會上升。
再回到我剛才所說,每個漫遊車輪裡的電機都不是省油的燈。nasa當時的需求是要設計高能效的漫遊車,然而他們同時也更加希望最終的成品車輛能攀越崎嶇的惡劣地形,載著團隊安全返回,畢竟這才是重中之重。而之前搞出安全玻璃頭盔麵罩還有一次性二氧化碳濾芯這些敗筆的那一群腦癱這回的想法卻是,“做過頭是什麼意思?不存在的。”於是最後的成果就是這麼些幾乎能把英倫島群直接跨過海峽一路拖到與法國接壤的可怕電機。
這裡我是誇張了一點,不過我想表達的關鍵在於漫遊車驅動電機的牽引能力絕對是強到過了頭。一開始要帶著二十六噸重的負載起步的時候如此強勁的動力自然是好事,可一旦車輛開動起來,維持前進的能量消耗其實是很少的。這時視在負荷直接斷崖式下跌,而摩擦力——由於移動房車過度超載而進一步惡化——很快就把運行效率囫圇吞沒了。而即使我們讓電腦發指令給那些電機斷電也是於事無補,因為這樣的結果是斷電的電機會立刻成為發電機,由此產生的大量阻力隻會拖累其他運轉中的電機,就算能生產一點電能,也遠遠不夠彌補帶來的巨大效率損失。
不過話還是要說清楚,斷然拿掉八個驅動輪中的兩個並不會給我們直接換來百分之二十五的效率提升。首先要考慮到我們還沒有加速到巡航速度時,一切扭矩都是對我們有利的。即便這些電機都是力拔山兮氣蓋世,六台電機要拖著二十六噸載荷從完全靜止啟動也還是略微超過總額定負載的,因此在達到預定速度之前效率都會受到影響。而且還有一點;每次我們刹車時,運轉的電機都會回收一部分失去的電能,但是脫開離合的那幾個車輪可沒有這種作用。顯然脫開離合的車輪是不能靠再生製動發電的。因此如果采用六輪驅動的配置,無論是啟動還是停車我們都會損失掉一定的效率。
然後還有上坡的問題。六輪驅動的配置是完全受不了任何坡比大於一比四的上坡的。光是今天我就已經出了四次艙,暫時重新連上那兩個後輪的電機離合之後我們才能脫離要穿越的溝壑地帶,因為我們實在是找不到坡度低於三十度的緩坡。等我們以後真正上了路,遇到類似的情況就代表我們損失了寶貴的時間,也就意味著補充的電能會減少,最後就會導致每天有效行程縮短。同時這也意味著我們還要在反複啟停的過程中浪費掉不少能量。
nasa也在jsc街頭開展了行駛測試(絕對是遊客們難得一見的景象,不過在他們大飽眼福的同時我還是想對那些被迫要將自己的車輛移出街頭停車位的工程師們說一聲抱歉)。取得的測試結果是在地球的引力環境下完全平坦沒有障礙物的街道上,隻有極少量製動或加速的行車過程中提升的效率為百分之十二。
那我們這裡又是什麼情況?這麼說吧,昨天我們是以瓦時的電能行駛了5711千米。而今天我們測得的是……當當當當……6053。可以換算出效率提升了55,將每千米850瓦時的裡程耗電壓到了805左右。之後我們又充了幾個小時的電,開了短短一段路回到之前我們測試中多次路過的居住區。前情提要到此為止。
百分之五點五當然是有作用,可也不是那麼顯著,更不用說想想就知道我們途中必定會遭遇許多沒了這兩個驅動輪根本就無法翻越的崎嶇地形。而且以批判性的眼光來看,我們在第二次測試中基本上是沿著我們自己踏出的路原路返回居住區的,因此至少有一部分的效率改善要歸因於熟悉的行車路線,不需要放慢速度尋找繞開障礙物的通路。(而且相比阿西達裡亞這裡的路況,等我們以後真正上了路,遇到的障礙物可比現在要多得多。)
簡言之,隻有在我們確定接下來有很長一段地形大多平直的道路可以讓我們快速通過的前提下,我們才能解除兩台電機的驅動,否則是沒必要費這麼多麻煩的。
不過還是要說明一下,問題的根源其實並不在於電能的消耗,而應該歸於電能的生產。無論遇到怎樣的問題,隻要手頭有花不完的燃料資源,就算效率再差也都無所謂。而在這一方麵,我們也算是有一點優勢的;目前火星軌道正在快速逼近太陽,並且這一趨勢也會在我們的旅途中持續。還有個更好的消息斯基亞帕雷利差不多正好位於火星赤道上——在南緯三度的位置。這就代表無論接下來的情況再怎麼變化,隨著我們一路前行,太陽能電池板的電力輸出也會略有增加。
可這還是遠遠不夠的。我們不可能知道接下來火星又會給我們使什麼絆子。也許出於某種原因,我們會在途中遭遇突發故障停滯好幾天。我們也有可能會碰上某個nasa的在軌衛星沒能提前發現的障礙物而不得不繞道而行。我們還有可能再次遇上塵暴——由於南半球的氣候在此時開始變暖並活躍起來,火星的主要塵暴季節就是在秋季開始的。每天的這七十千米我們是一點都不能少。
那我們就先照著目前理想情況下的最佳充電速率來看吧。以一天十一小時的有效充電時長來算,如果我們能完整利用的話電池充滿是肯定有保證的。不過根據我的計算,周轉的餘地其實很小。要是我們錯過了半小時以上的黃金充電時間,就做不到第二天帶著充滿的電池出發了。
剛才雖然說的是十一個小時,但也不完全準確。其實每天幾乎有十二個小時的良好日照時間可以用來充電。然而問題在於,這其中有一個小時是在黎明前行車之外的行駛時間。如果我重新接上太陽能電池板,在行駛過程中持續給電池充電的話,那一個小時之內我是可以收集到差不多36個海盜忍者的,換句話說就是大概足夠讓我再多開三千米半。黎明那段時間的較低充電效率有可能會導致延長至四,對應也就需要差不多額外九分鐘的行駛。要是想要更進一步的話,行車循環就不可持續了。
再靠老辦法繼續堆太陽能電池板是解決不了這個問題的。我們現在隻剩六塊備用的了,而且鞍包與車頂的儲存都已經占滿了,要新加電池板也根本沒地方放。
也許星光熠熠能把她之前為洞穴農場造的那些陽光捕集器裝到太陽能電池板上來。當然不可能是一模一樣的那種;太陽能電池板都是輕量化設計的,要在上頭直接貼一整塊死沉死沉的水晶的話肯定承受不了。不過薄薄一層玻璃一樣的結構也許可行……
說不定這就是我們的出路了。沒錯。是時候去跟有心人(theaniththen)……或者說是有角獸(theunirniththehorn)好好談談了。