月球車是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、要求嚴(yán)格的研究開(kāi)發(fā)任務(wù),開(kāi)發(fā)者除了要突破、掌握同機(jī)器人相關(guān)的輕型機(jī)械、機(jī)構(gòu)、遙操作、自主導(dǎo)航和機(jī)械臂等技術(shù)外,更重要的是要在按航天器的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)研制管理上多下工夫。分為無(wú)人駕駛月球車和有人駕駛月球車兩種。1970年11月,前蘇聯(lián)發(fā)射的無(wú)人駕駛的“月球車”1號(hào)成功降落在月球上,成為世界上第一個(gè)月球車,1971年7月,美國(guó)阿波羅15”號(hào)宇航員戴維斯-R-斯科特和詹姆斯-B-歐文進(jìn)行了人類首次有人駕駛的月球車行駛。

2013年12月發(fā)射的嫦娥三號(hào)的任務(wù)是要實(shí)現(xiàn)落月就位探測(cè)和巡視,它不僅要在月球表面上實(shí)施軟著陸,并且還要在月球上釋放我國(guó)首輛月球車。2013年9月25日,國(guó)防科工局召開(kāi)發(fā)布會(huì),揭開(kāi)了嫦娥三號(hào)月球車的神秘面紗,并面向全球征集名稱。2013年11月26日,中國(guó)首輛月球車——嫦娥三號(hào)巡視器全球征名活動(dòng)結(jié)束,月球車命名“玉兔”。此名”既體現(xiàn)了中華民族的傳統(tǒng)文化,又反映了中國(guó)和平利用太空的宗旨。

中文名

月球車

外文名

moonbuggy

中國(guó)月球車

玉兔號(hào),玉兔二號(hào)

首個(gè)月球車

“月球車”1號(hào)

首次發(fā)射時(shí)間

1970年11月

首次發(fā)射國(guó)家

蘇聯(lián)

分類

無(wú)人駕駛月球車和有人駕駛月球車

簡(jiǎn)介

月球車是一種能夠在月球表面行駛并完成月球探測(cè)、考察、收集和分析樣品等復(fù)雜任務(wù)的專用車輛。在實(shí)驗(yàn)室里,這個(gè)重要角色的學(xué)名是“月面巡視探測(cè)器”,為了使月球車在月面上能夠順利行駛,美國(guó)、前蘇聯(lián)曾發(fā)射了一系列的衛(wèi)星探測(cè),并對(duì)月面環(huán)境進(jìn)行了反復(fù)的科學(xué)實(shí)驗(yàn),為在探測(cè)器上攜帶月球車的成功打下了可靠的基礎(chǔ)。科學(xué)家對(duì)經(jīng)由月球車月面的實(shí)地考察所帶回的寶貴資料進(jìn)行了分析研究,大大深化了人類對(duì)月球的認(rèn)識(shí)。

月球車可分為無(wú)人駕駛月球車和有人駕駛月球車。無(wú)人駕駛月球車由輪式底盤和儀器艙組成,用太陽(yáng)能電池和蓄電池聯(lián)合供電。世界上第一臺(tái)無(wú)人駕駛的月球車于1970年11月17日由前蘇聯(lián)發(fā)射的月球17號(hào)探測(cè)器送上月球。

月球車底盤由鋁合金管型材料制成,并且中部裝有鉸鏈,以便儲(chǔ)存物品。每個(gè)鋁制車輪都有自己的電力驅(qū)動(dòng)器和機(jī)械制動(dòng)器。輪胎由涂有鋅層的編制鋼網(wǎng)絲網(wǎng)制成。所有的月球車最終都被留在了月球上。

發(fā)展歷程

1970年11月17日蘇聯(lián)“月球”17號(hào)探測(cè)器(見(jiàn)“月球”號(hào)探測(cè)器)把世界上第一個(gè)無(wú)人駕駛的“月球車”1號(hào)送上月球,它行駛了10.5公里,考察了8萬(wàn)平方米的月面。后來(lái)的“月球車”2號(hào)行駛了37公里,向地球發(fā)回88幅月面全景圖。

月球車

1971年7月31日,“阿波羅15”號(hào)宇航員戴維斯-R-斯科特和詹姆斯-B-歐文進(jìn)行了人類首次月球車行駛,他們駕駛著4輪月球車,在崎嶇不平的月球表面上,越過(guò)隕石坑和礫石行駛了數(shù)公里。斯科特和歐文成為在月球上漫步的第7位和第8位人,而且是第一個(gè)在月球上駕車行駛的。

他們于30日在月球的“雨?!钡顷?,并于美國(guó)東部時(shí)間31日上午9時(shí)25分離開(kāi)“隼”號(hào)登月艙。幾分鐘之后,他們從宇宙飛船上卸下月行車,開(kāi)始了他們的勘探旅行。游車的前舵輪操作不靈,但是按設(shè)計(jì)只有后輪驅(qū)動(dòng),后驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

當(dāng)宇航員們?cè)诎桋U隕石坑的邊沿停下時(shí),位于休斯頓的任務(wù)控制臺(tái)打開(kāi)了游車的電視攝影機(jī),向地球傳送非常清晰的彩色圖像。電視觀眾可以看到宇航員挑選和采集月石標(biāo)本。有一次,他們興奮地喊道,“這里有些漂亮的供地質(zhì)研究用的巖石。”

他們駕車行駛了兩小時(shí),走了8公里,之后又回到登月艙。按計(jì)劃,斯科特和歐文將在后兩天駕駛月行車做更多的旅行。他們將同在指揮船中的另一名“阿波羅15”號(hào)宇航員阿爾弗雷德-M-沃頓會(huì)合,一起返回。

2019年1月3日,嫦娥四號(hào)任務(wù)月球車名字揭曉,月球車命名為“玉兔二號(hào)”;1月3日10時(shí)26分成功著陸月球背面,隨即著陸器與巡視器分離,開(kāi)始就位探測(cè)和巡視探測(cè)。[1]

主要種類

無(wú)人駕駛

無(wú)人駕駛月球車

──由輪式底盤和儀器艙組成,用太陽(yáng)能電池和蓄電池聯(lián)合供電。這類月球車的行駛是靠地面遙控指令。1970年11月17日,蘇聯(lián)發(fā)射的“月球”17號(hào)探測(cè)器把世界上第一臺(tái)無(wú)人駕駛的月球車──“月球車”1號(hào)送上月球。此車約重1.8噸,在月面上行駛了10.5公里,考察了8萬(wàn)平方米的月面。此后蘇聯(lián)送上月球的“月球車”2號(hào)行駛了37公里,并向地球發(fā)回了88幅月面全景圖。

有人駕駛

有人駕駛月球車

──這是由宇航員駕駛在月面上行走的車。主要用于擴(kuò)大宇航員的活動(dòng)范圍和減少宇航員的體力消耗,可隨時(shí)存放宇航員采集的巖石和土壤標(biāo)本。這類月球車的每個(gè)

月球車

輪子各由一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),靠蓄電池提供動(dòng)力,輪胎在─100度低溫下仍可保持彈性,宇航員操縱手柄駕駛月球車,可向前、向后、轉(zhuǎn)彎和爬坡。1971年9月30日,美國(guó)“阿波羅”15號(hào)飛船登上月球,兩名宇航員駕駛月球車行駛了27.9公里;“阿波羅”16號(hào)、17號(hào)攜帶的月球車,分別在月面上行駛了27公里和35公里,并利用月球車上的彩色攝像機(jī)和傳輸設(shè)備,向地球?qū)崟r(shí)地發(fā)回宇航員在月面上活動(dòng)的情景及離開(kāi)月球返回環(huán)月軌道時(shí)登月艙上升級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣的景象。

基本功能

月球車

從某種意義上說(shuō),月球車屬于機(jī)器人技術(shù)。月球車無(wú)論是輪式的還是腿式的,都應(yīng)具有前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡、取物、采樣和翻轉(zhuǎn)(跌倒后能翻身)等基本功能,甚至具有初級(jí)人工智能(例如,識(shí)別、爬越或繞過(guò)障礙物等)。這些都與現(xiàn)代機(jī)器人所具有的功能相似。

但是,月球車僅有這些功能是不夠的。它是一種在太空特殊環(huán)境下執(zhí)行探測(cè)任務(wù)的機(jī)器人——太空機(jī)器人,既有機(jī)器人的屬性,更具有航天器的特點(diǎn),不同于地面使用的工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)學(xué)機(jī)器人和家用機(jī)器人。

“質(zhì)量輕,體積小,耗功低”從來(lái)就是航天器設(shè)計(jì)的金科玉律,在最近的航天優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)指標(biāo)中被稱為“常規(guī)三項(xiàng)”;追求“輕、小、低”是航天器研發(fā)的永恒主題。航程越遠(yuǎn),要求越高,對(duì)月球探測(cè)器的質(zhì)量、體積和功耗要求就更輕、更小和更低。根據(jù)中國(guó)運(yùn)載火箭可望達(dá)到的能力,1臺(tái)月球車需要由比它重300倍的運(yùn)載火箭發(fā)射,這是發(fā)射同樣質(zhì)量地球衛(wèi)星的運(yùn)載火箭質(zhì)量的4~6倍。

月球車是一個(gè)可移動(dòng)的平臺(tái),它要攜帶若干有效載荷,如探測(cè)儀器或挖掘采樣器等。這些設(shè)備和裝置必須小型化、輕型化。月球車通常作為月球軌道器的有效載荷,軌道器又作為運(yùn)載火箭的有效載荷安裝在火箭頂端直徑狹小的整流罩里。月球車應(yīng)制成可折疊式,以盡可能縮小發(fā)射體積。月球車的電源來(lái)之不易,用太陽(yáng)能電池發(fā)電,其面積和質(zhì)量與功耗大小成正比;若用一次性電池,質(zhì)量與使用時(shí)間成正比,為了減輕質(zhì)量,也必須降低功耗。因此,月球車的設(shè)計(jì)必須充分采用微電子器件、微型機(jī)械和輕型材料,在開(kāi)發(fā)應(yīng)用微機(jī)電系統(tǒng)(mems)上應(yīng)有所突破。

月球車

在正式接受任務(wù)時(shí),月球探測(cè)工程總體會(huì)提出月球車的質(zhì)量、尺寸和功耗的指標(biāo)要求。月球車應(yīng)按規(guī)定技術(shù)指標(biāo)研制。據(jù)首席科學(xué)家說(shuō),截至2013年9月了解到的情況看,已經(jīng)做出來(lái)的月球車樣機(jī)的質(zhì)量比設(shè)想中的指標(biāo)超出好多倍,甚至高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。

月球車必須適應(yīng)航天特殊環(huán)境,包括力學(xué)環(huán)境和空間環(huán)境。力學(xué)環(huán)境指月球車在發(fā)射上升過(guò)程中運(yùn)載火箭產(chǎn)生的沖擊、振動(dòng)、過(guò)載和噪聲;在月面降落過(guò)程中制動(dòng)火箭產(chǎn)生的沖擊、過(guò)載和可能用氣囊緩沖著陸產(chǎn)生的多次彈跳、翻滾。月球車必須經(jīng)得起這些“摔、打、滾、爬”等折騰。

制造難點(diǎn)

重力

月球重力是地球的1/6,那便意味著,質(zhì)量為50千克的東西,在地球上所受重力約500牛。到了月球表面則變成約80牛。因此,月球表面的土壤非常松軟,月球車的行進(jìn)效率會(huì)降低。

路況

月球表面崎嶇不平的路面,有石塊、有隕石坑,還有坡。在這種情況下,設(shè)計(jì)的輪子便需要克服重重障礙,既不能打滑,也不能翻車,必須做到前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡,樣樣在行。

溫度

在月球的一個(gè)自轉(zhuǎn)周期內(nèi),溫度相差可以達(dá)到310℃。月面上如此急劇變化的溫度環(huán)境會(huì)使橡膠迅速老化,因此月球車輪胎要使用特殊材料,克服溫差。

人工智能

月球車是個(gè)智能機(jī)器人,需要具備獨(dú)立處理各種環(huán)境的能力。由于距離太遠(yuǎn),無(wú)法通過(guò)遙控的方法處理反饋信息。月球車需要配置若干個(gè)傳感器,在得知周圍環(huán)境、自身姿態(tài)、位置等信息后,通過(guò)地面或車內(nèi)裝置,形成三維地形圖。進(jìn)而編輯方向,勾畫出到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的路徑,并導(dǎo)航控制月球車走到目的地。

電力供應(yīng)

月球的自轉(zhuǎn)引起月面的晝夜變化。月球上一天的時(shí)間,大約相當(dāng)于地

月球車

球上的27天略多。因此,月球晝夜間隔大約相當(dāng)于地球上的14天。也就是說(shuō),登上月球以后的月球車,最多可以連續(xù)工作14天,進(jìn)入月夜以后,它由于無(wú)法通過(guò)光能發(fā)電,進(jìn)入休眠狀態(tài)。14天后,又能自動(dòng)醒來(lái)。

2013年,“嫦娥工程”將實(shí)現(xiàn)“落地”,月球車、著陸器也將發(fā)揮重要角色?!霸虑蜍?,從軟著陸器上跑下來(lái),然后要在月球上走,這里面有好多問(wèn)題?!敝袊?guó)科學(xué)院院士、中國(guó)探月工程首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)反復(fù)強(qiáng)調(diào)其中的技術(shù)難關(guān)。與此同時(shí),為了解決月球地面、溫度、輻射等一系列問(wèn)題,中國(guó)各個(gè)科研單位的研究人員正絞盡腦汁制造中國(guó)版的月球車。

技術(shù)要點(diǎn)

作為航天器的月球車,它同樣是由有效載荷、結(jié)構(gòu)、

月球車

機(jī)構(gòu)、電源、制導(dǎo)、定位與控制、熱控制、數(shù)據(jù)管理和測(cè)控等分系統(tǒng)組成,其研制管理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程;月球車同樣是屬于不可維修的“上天”產(chǎn)品,對(duì)質(zhì)量和可靠性要求非常高。因此,在進(jìn)入工程研制后,應(yīng)參照航天系統(tǒng)多年來(lái)通過(guò)各種衛(wèi)星研制管理實(shí)踐所積累的一整套行之有效的系統(tǒng)工程與質(zhì)量管理制度和方法,加強(qiáng)質(zhì)量控制。路況

在月球車硬件產(chǎn)品研制出來(lái)后,必須對(duì)實(shí)物產(chǎn)品進(jìn)行性能試驗(yàn)和環(huán)境模擬試驗(yàn),要在模擬月面盡可能真實(shí)的環(huán)境條件(高真空、高低溫、太陽(yáng)光照、宇宙輻射、低重力和月球表面地形地貌等)下,進(jìn)行程序操作和運(yùn)動(dòng)特性等試驗(yàn),不能單純相信計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果,必要時(shí)需創(chuàng)造條件進(jìn)行飛行演示試驗(yàn)。試驗(yàn)條件越逼真越好。

抗輻射

首先應(yīng)了解地月和月面空間輻射的類型、能量和強(qiáng)度。對(duì)月球車上使用的電子部件,特別是對(duì)輻射尤為敏感的高集成度微電子器件,應(yīng)采取相應(yīng)的抗輻射加固措施。月球的自轉(zhuǎn)引起月面的晝夜變化。月球上一天的時(shí)間,大約相當(dāng)于地球上的27天略多。

防冷焊

月球車上的機(jī)構(gòu)及其他活動(dòng)部件,例如月球車從發(fā)射時(shí)的折疊狀態(tài)展開(kāi)成型,車輪及其驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),天線的展開(kāi)及指向機(jī)構(gòu)、采掘機(jī)械臂等,在高真空條件下收藏、壓緊100多小時(shí)后,應(yīng)保證不會(huì)“焊住”或卡死,能順利展開(kāi)和活動(dòng)。

適應(yīng)低重力

月球表面重力只有地球表面重力的1/6。某些在地面上能正常完成的機(jī)械運(yùn)動(dòng),特別是依靠機(jī)構(gòu)自身重力完成的動(dòng)作,在低重力的月球表面是否仍能正常動(dòng)作,也還是待解之謎。

極端溫度防護(hù)

月球表面白晝時(shí)溫度高達(dá)150℃,黑夜時(shí)低至-180℃,溫差超過(guò)300℃,尤其是月面上的晝、夜分別長(zhǎng)達(dá)約350h。這種嚴(yán)酷條件是過(guò)去環(huán)地運(yùn)行航天器所未曾遇到過(guò)的,如何保證月球車在長(zhǎng)時(shí)間極端溫度條件下正常工作,是月球車也是月球探測(cè)工程需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

月球車

月球車計(jì)劃

1971年7月31日,美國(guó)“阿波羅15”號(hào)宇航員戴維斯-R-斯科特和詹姆斯-B-歐文進(jìn)行了人類首次月球車行駛。

美國(guó)宇航局推出的21世紀(jì)新型月球車。2008年6月,美國(guó)宇航局在華盛頓摩塞斯萊克(MosesLake)沙漠地

月球車

區(qū)對(duì)最新月球車“戰(zhàn)車”(Chariot)進(jìn)行測(cè)試。

月球車是在月球表面行駛并對(duì)月球考察和收集分析樣品的專用車輛。在實(shí)驗(yàn)室里,這個(gè)重要角色的學(xué)名是“月球探測(cè)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人”,公眾已經(jīng)習(xí)慣叫它“月球車”。世界上第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功后,人們便開(kāi)始了飛向地外天體的準(zhǔn)備。然而,在對(duì)月球表面探測(cè)過(guò)程中,采取什么樣的運(yùn)輸工具才有可能在月面上進(jìn)行實(shí)地考察呢?于是,產(chǎn)生了月球車。科學(xué)家對(duì)經(jīng)由月球車月面的實(shí)地考察所帶回的寶貴資料進(jìn)行了分析研究,大大深化了人類對(duì)月球的認(rèn)識(shí)。

月球車

美國(guó)宇航局選擇的測(cè)試地點(diǎn)與未來(lái)要登陸的月球表面地形十分相似,以便檢測(cè)月球車、遙控機(jī)器人和探月宇航員的新式宇航服等樣品,模擬未來(lái)宇航員在月球上的活動(dòng)中各種設(shè)施使用功能。宇航工程專家嘗試未來(lái)修建月球基地的“人機(jī)配合”活動(dòng),由宇航員利用機(jī)器人和月球車進(jìn)行月球基地選址勘測(cè),鋪設(shè)太陽(yáng)能電池板和電纜等。

中國(guó)的月球車

哈爾濱工業(yè)大學(xué)曾制造過(guò)一款“六輪搖臂轉(zhuǎn)向架式”月球車,上海交通大學(xué)也制作過(guò)一款外形炫目的“小蛛行人”月球車,還有中國(guó)空間設(shè)計(jì)研究院牽頭設(shè)計(jì)的月球車。2005年3月15日,“嫦娥工程”月球應(yīng)用科學(xué)首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)對(duì)媒體披露,航天部門已經(jīng)出臺(tái)了“嫦娥工程”用月球車的技術(shù)參數(shù)和需要完成的科研任務(wù),全國(guó)公開(kāi)競(jìng)爭(zhēng),擇優(yōu)選用。此前,見(jiàn)諸報(bào)端的至少有7家高校和科研單位在從事月球車的研制,它們是哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、航天科技集團(tuán)第五研究院第502研究所、上海交通大學(xué)和國(guó)防科技大學(xué),“每家都有絕活”。航天部門掌握的數(shù)據(jù)還要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這個(gè)規(guī)模,他們手頭上有不低于40輛國(guó)產(chǎn)月球車模型的資料。

月球車

2007年10月24日,“嫦娥一號(hào)”將由西昌衛(wèi)星發(fā)射基地直入廣寒宮。中國(guó)探月工程已進(jìn)入實(shí)施階段。2013年,中國(guó)的第一個(gè)軟著陸器將登陸月面。

探月工程開(kāi)啟了中國(guó)深空探測(cè)事業(yè)的大門。由此開(kāi)始,一系列的深空探測(cè)器將逐漸進(jìn)入人們的視野?!霸虑蜍嚒眲t是其中的首發(fā)隊(duì)員。

按照中國(guó)航天計(jì)劃時(shí)間表,2013年,12月,“嫦娥三號(hào)”會(huì)將“玉兔號(hào)”月球車送上月球,使其完成月球軟著陸過(guò)程,并實(shí)施無(wú)人登月探測(cè),主要任務(wù)是探測(cè)月球表面和內(nèi)部情況。

2013年12月2號(hào)凌晨1時(shí)30分,嫦娥三號(hào)衛(wèi)星搭載長(zhǎng)征三號(hào)乙遙二十三運(yùn)載火箭由西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空,直到在月球表面虹灣區(qū)軟著陸,嫦娥三號(hào)要經(jīng)歷13天的旅程。

月球軟著陸器通過(guò)反推火箭緩沖,在月面上徐徐降落,艙門打開(kāi),自動(dòng)彈出斜梯。月球車緩舒展開(kāi)蜷縮的身體,調(diào)整好姿態(tài),走出艙門,滑下斜梯,開(kāi)始漫步月球。

被譽(yù)為“嫦娥之父”的中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)月球探測(cè)工程首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)曾這樣描述中國(guó)月球車將來(lái)登臨月球的場(chǎng)景。據(jù)悉,我國(guó)2013年下半年將發(fā)射首個(gè)月球著陸探測(cè)器——嫦娥三號(hào)。

備受外界矚目的是,此次嫦娥三號(hào)的發(fā)射將搭載一部由我國(guó)自主研制的“中華牌”月球車,并首次實(shí)現(xiàn)與月球的零距離接觸。“月球車”全名為“月面巡視探測(cè)器”,是集航天系統(tǒng)工程和智能機(jī)器人為一體的航天器,能完成月球探測(cè)、考察、收集和分析樣品等復(fù)雜任務(wù)。

中華牌整裝待發(fā)

中華月球車由航天科技集團(tuán)第五研究院主要負(fù)責(zé)研制,自重120公斤,可載重20公斤,壽命為3個(gè)月,可在月球上3公里范圍內(nèi)連續(xù)行走10公里,具有自動(dòng)避障等功能。

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)指出,由于月球表面沒(méi)有空氣,因此月球車下降時(shí)需要開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī),一邊落一邊往上推,慢慢落至距月球4米的位置,熄滅發(fā)動(dòng)機(jī),儀器將采用自由落體的方式,軟著陸在月球上。同時(shí),中華月球車將實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航,并能指揮儀器進(jìn)行操作,最后把數(shù)據(jù)傳回地球。月球車底下還裝有測(cè)月雷達(dá),將切開(kāi)月球下面100米深度的地方進(jìn)行探測(cè)。

據(jù)專家介紹,中華月球車上有兩個(gè)太陽(yáng)儀,其中一個(gè)可自由旋轉(zhuǎn),尋找太陽(yáng)位置,吸收熱量進(jìn)行發(fā)電;另外一個(gè)則可以蓋在車身上減少熱量散發(fā)。中華月球車采用“六輪搖臂式”行走機(jī)構(gòu),各只輪子可同時(shí)適應(yīng)不同高度,是一位“爬行高手”。

此外它還有一條機(jī)械臂,能在月壤、月巖中勘探取樣,供現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。同時(shí),中華月球車將太陽(yáng)能和核能作為能源。由于月球晝夜間隔大約相當(dāng)于地球上的14天,所以當(dāng)黑夜降臨時(shí),為防止車載儀器被零下100多攝氏度的低溫凍壞,月球車必須要核電池的能量來(lái)保溫,并維持與地面的通訊。而當(dāng)新的白晝來(lái)臨,電池就能重新依靠太陽(yáng)能工作。

探測(cè)入鄉(xiāng)隨俗

月球是一個(gè)無(wú)風(fēng)、無(wú)雨、無(wú)水、無(wú)氣、冷熱劇變的天體,與地球環(huán)境截然不同。因此,中華月球車想要順利完成任務(wù),必須為能夠適應(yīng)那里的環(huán)境做充分的準(zhǔn)備。

如月球晝夜溫差大,白晝溫度高達(dá)130-150攝氏度,夜間可下降到零下160-180攝氏度,月球車如何能長(zhǎng)時(shí)間在極端溫度條件下正常工作是一個(gè)難題;月球表面沒(méi)有大氣保護(hù),太陽(yáng)風(fēng)、太陽(yáng)耀斑等高能粒子直接輻射到月球表面,會(huì)對(duì)月球車部分高集成度微電子器件造成損害;月球表面的重力加速度僅為地球表面的1/6,月球車能否在低重力的月球表面完成動(dòng)作也將是很大的考驗(yàn);月球表面的月壤也是影響月球車行駛性能的重要因素。

據(jù)了解,整個(gè)月球表面覆蓋著一個(gè)松散層,由巖石碎塊,角礫狀巖塊、砂和塵土組成,稱為月壤。由于月壤松軟,因此月球車在上面行駛時(shí)很容易打滑。

此外,月球車行走時(shí),月壤細(xì)粒也會(huì)大量揚(yáng)起,形成月塵,一旦附著便很難清除。同時(shí),月塵還可能引起很多故障,包括機(jī)械結(jié)構(gòu)卡死、密封機(jī)構(gòu)失效、光學(xué)系統(tǒng)靈敏度下降等。

北京航空航天大學(xué)的高峰教授,曾參與月球車的前期論證以及地面驗(yàn)證試驗(yàn)的研究工作。本報(bào)記者采訪了解到,對(duì)于中華月球車來(lái)說(shuō),“過(guò)夜喚醒”是個(gè)難題,不僅要經(jīng)受電池的考驗(yàn),更重要的是要經(jīng)受零下160-180攝氏度低溫的考驗(yàn)。

中科院院士葉叔華也認(rèn)為,在月球生存的難度不亞于登上月球,因?yàn)樵虑虻囊雇頊囟鹊?、時(shí)間長(zhǎng),可謂“長(zhǎng)夜難熬”。

登月穩(wěn)扎穩(wěn)打

1970年11月17日,蘇聯(lián)“月球17號(hào)”探測(cè)器登陸月球,釋放了第一輛真正意義上的月球車。隨后,美國(guó)的“阿波羅15號(hào)”飛船將人類第一輛有人駕駛月球車送上月面。1959-1976年期間,蘇聯(lián)和美國(guó)分別成功發(fā)射25顆和24顆無(wú)人月球探測(cè)器,人類月球探測(cè)也隨之達(dá)到了第一個(gè)高潮。

1986年7月20日,經(jīng)歷了10年低潮期后,美國(guó)宣布重返月球,蘇聯(lián)、歐洲、日本等都組織力量進(jìn)行研究,紛紛提出了發(fā)展計(jì)劃。1998年1月6日,隨著美國(guó)“月球勘探者”的順利升空,空間探測(cè)活動(dòng)又掀起了新一輪的浪潮。

歸納起來(lái),人類對(duì)月球的探索可分為探月、登月和駐月三大步,即“探、登、駐”。截至2013年,中國(guó)正處在第一階段,即以“探”為主方向,并按照“繞月探測(cè)、落月探測(cè)、取樣返回”分三小步穩(wěn)步推進(jìn)。

據(jù)悉,我國(guó)正在開(kāi)展載人登月前期方案論證,已有專家建議我國(guó)在2025年或2030年進(jìn)行載人登月。中國(guó)空間技術(shù)研究院深空探測(cè)室主任賈陽(yáng)指出,中國(guó)在探月“三步走戰(zhàn)略”中所使用的技術(shù)將來(lái)也可用于載人登月的相關(guān)領(lǐng)域。

鏈接:繞、落、回3任務(wù)

中國(guó)探月工程分為“繞、落、回”三個(gè)任務(wù),預(yù)計(jì)2013年下半年我國(guó)將實(shí)施“嫦娥三號(hào)”發(fā)射和落月任務(wù)。“繞”,即實(shí)施對(duì)衛(wèi)星繞月軌道的控制實(shí)驗(yàn)并對(duì)月球表面進(jìn)行探測(cè);“落”,即將月球探測(cè)器在月球表面著陸并對(duì)月球進(jìn)行實(shí)地考察;最后一步“回”,則是在完成對(duì)月球的實(shí)地考察后,將在月球上采集的實(shí)物樣品帶回地球。

“嫦娥一號(hào)”和“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星相繼完成了對(duì)月球的環(huán)月飛行,標(biāo)志著我國(guó)探月工程的第一階段已經(jīng)完成。

2013年下半年即將發(fā)射的“嫦娥三號(hào)”將首次實(shí)現(xiàn)在地外天體表面無(wú)人自動(dòng)巡視、首次實(shí)現(xiàn)(探測(cè)器)月夜生存、首次建立覆蓋火星探測(cè)范圍的測(cè)控通信網(wǎng)、首次自主開(kāi)展月面就位科學(xué)探測(cè)。

這一任務(wù)的完成,將為中國(guó)的深空探測(cè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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未來(lái)科學(xué)技術(shù)

月球上的環(huán)境與地球是完全不同的。地球上使用的普通車輛到了月球就“英雄無(wú)用武之地”了。月球上沒(méi)有空氣,月球車不能使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī),只能采用由蓄電池或者燃料電池供電驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的方式,即以電動(dòng)車為主,以太陽(yáng)能車和火箭車為輔。然而,月面上的重力只有地球上的1/6,所以不會(huì)顯得很笨重。

月球車上的車輪式樣與地球上一樣,采用履帶式和輪胎式兩種。考慮到月球上的特殊球境,也可采用以火箭噴射為動(dòng)力的跳躍方式和像雪橇那樣的滑行方式。由于月面上白天和黑夜的溫差很大,最高溫度可達(dá)130℃,最低溫度可至-170℃,這就對(duì)輪胎的材料要求很高,以前制造的“月球漫游者”所采用的就是以鋼琴線保持彈力的網(wǎng)眼式輪胎。月球車的車體也有密封式和非密封式兩種。

月球車

正在開(kāi)發(fā)的月球車中,最輕便的被稱為“月球摩托車”。它有3個(gè)輪子,輪胎為網(wǎng)眼式,由燃料電池驅(qū)動(dòng)。只可乘坐1人。由于它是暴露式的,所以駕駛?cè)藛T需要身穿宇宙服。在月球上,這種車可以作為各設(shè)施之間的往返和檢修太陽(yáng)能電站時(shí)的交通工具來(lái)使用。

月球上的單座車,在地球上的重量約是720公斤。它沒(méi)有輪胎,靠火箭噴射,在月面上作跳躍式前進(jìn)。這種單座車適用于兩地間的快速移動(dòng),或者往返于月球和地球的軌道空間站之間。

雙座多用途高性能小型月球車,它能連續(xù)行駛80公里,有4個(gè)網(wǎng)眼式輪胎,以烯料電池為電源,采用更換鋼瓶的方式來(lái)補(bǔ)充燃料。

設(shè)計(jì)中的中型月球車全長(zhǎng)6米,地球上重量為3080公斤。以蓄電池為電源,一次充電可行駛325公里。該車采用密封式,可乘坐4人,并能載物715公斤。它前后有4條履帶,既有4輪車的高速性能和良好的操縱性能,又兼?zhèn)渎膸杰嚨捻g性,履帶是由鋁網(wǎng)覆蓋耐高溫的硅膠制成的。

客貨兩用月球車能乘坐6人,并載物500公斤,能連續(xù)行駛180公里,它也采用密封式,有2條履帶。它除了用于探測(cè)外,還可以在各設(shè)施之間運(yùn)送那些沒(méi)有穿宇宙服的人員和小動(dòng)物。

月球拖掛車則由集裝箱臺(tái)車和牽引車兩部分構(gòu)成,用于運(yùn)送物資。它以太陽(yáng)能電池為動(dòng)力,也可以同時(shí)使用燃料電池,這樣便可以日夜兼程地在月面工作。

月球軌道巴士又稱“滑輪著陸艙”,它一旦離開(kāi)月球軌道,就以抵角度進(jìn)入月面,在全長(zhǎng)100公里的跑道上以時(shí)速500公里像雪橇一樣滑行著陸,約2分鐘后便可停止了。

還有一種中型月球探險(xiǎn)車,裝有高性能的聚光燈、高靈敏度的通信測(cè)位天線、監(jiān)視攝像機(jī)和探測(cè)雷達(dá),在月球上漆黑的夜間也可行駛。這種車為輪胎式,還能作為臨時(shí)月球站來(lái)使用。

以上種種月球車,都還在開(kāi)發(fā)研制當(dāng)中。但是人類一旦踏上月球,在上面建立基地、開(kāi)采資源,以至在月球上開(kāi)展旅游業(yè),建設(shè)月球城,這些未來(lái)的月球車一定會(huì)在人們面前出現(xiàn),還可能有更新穎奇特的車出現(xiàn)。到那時(shí),人類乘上月球車,實(shí)現(xiàn)了漫游月球的理想。

敏捷性與穩(wěn)定性的關(guān)系

月球上的重力很小,車輛顯得很輕,因此很容易翻。重力減小的同時(shí),車輛和月面的摩擦力也減小了,對(duì)車輛的控制會(huì)變得很困難。加上月面的地形復(fù)雜,浮塵又很厚。這些因素都使得車輛在月球上運(yùn)動(dòng)時(shí)變得十分不穩(wěn)定。

敏捷性要求高速度,可靠的制動(dòng),靈活的轉(zhuǎn)向。但是穩(wěn)定性的下降,使得車輛不能開(kāi)得太快,也不能轉(zhuǎn)彎太急,否則車輛很容易翻。

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打望高科技

第十一屆重慶高交會(huì)暨第七屆國(guó)際軍博會(huì),一輛看著有點(diǎn)像敞篷越野的酷車出現(xiàn)在高交會(huì)深空探測(cè)中心展區(qū)。這就是首次公開(kāi)亮相的載人月球車,它由27所985重點(diǎn)高校組成的教育部深空探測(cè)聯(lián)合研究中心共同研發(fā),重慶大學(xué)承擔(dān)了主要的研發(fā)工作。

這是高科技材料,整車可折疊

載人月球車剛拆封放置好,工人們就忙著用河沙布置現(xiàn)場(chǎng)。“我們?cè)谀M一個(gè)月球表面?!敝貞c大學(xué)教授、博導(dǎo)、教育部深空探測(cè)聯(lián)合研究中心副總設(shè)計(jì)師詹涵菁說(shuō)?!斑@只是一個(gè)雛形,還沒(méi)有完成設(shè)計(jì)?!闭埠际沁@臺(tái)載人月球車的設(shè)計(jì)者之一。月球車從去年底開(kāi)始研發(fā),目前已經(jīng)完成了結(jié)構(gòu)和力學(xué)設(shè)計(jì),接下來(lái)還有真空實(shí)驗(yàn)和熱控實(shí)驗(yàn)等一系列研發(fā)過(guò)程。

月球車的大小和越野車相似,可最多承載兩人,還可攜帶多種設(shè)備。乍一看,這輛月球車有些“簡(jiǎn)陋”,只有一副鐵架子。實(shí)際上這些架子都是高科技材料,質(zhì)量輕,強(qiáng)度高。這么大一輛車怎樣裝進(jìn)火箭里呢?詹涵菁說(shuō),整輛車將設(shè)計(jì)折疊和展開(kāi)功能,方便運(yùn)載。