《科技日報》:玉兔月球車(chē)與國外同行們有何不同?(轉載)

3年前 (2021-06-26)閱讀649回復0
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  2月28日10時(shí)51分,玉兔二號月球車(chē)從休眠中醒來(lái),目前已經(jīng)按計劃開(kāi)始了第三月晝的工作。

《科技日報》:玉兔月球車(chē)與國外同行們有何不同?(轉載)

  全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專(zhuān)家龐之浩向科技日報記者介紹,迄今為止,全世界共發(fā)射了7臺月球車(chē),包括無(wú)人駕駛和有人駕駛兩種。

  我國的嫦娥三號、四號探測器,分別釋放了玉兔號和玉兔二號月球車(chē)。均為無(wú)人駕駛。與國外“同行”相比,它們身材玲瓏,體重也更輕。此外還有哪些區別?咱們來(lái)盤(pán)點(diǎn)盤(pán)點(diǎn)。

  無(wú)人月球車(chē)對環(huán)境適應力要求高

  1970年11月10日,蘇聯(lián)發(fā)射月球17號探測器。它在雨海地區軟著(zhù)陸,釋放了一臺無(wú)人駕駛月球車(chē)——月球車(chē)一號。

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  蘇聯(lián)月球車(chē)1號

  龐之浩說(shuō),無(wú)人月球車(chē)要攜帶科學(xué)探測儀器在月面巡視探測,并把探測數據傳送回地球,相當于是一種能夠在月球移動(dòng)并完成探測任務(wù)的機器人。完成任務(wù)的前提,是它先要能適應月球的環(huán)境。

  眾所周知,月球環(huán)境十分惡劣。除了晝夜溫差超過(guò)300攝氏度、輻射強,對于月球車(chē)而言,低重力和松軟的月壤會(huì )降低行進(jìn)效率,崎嶇不平的地面也會(huì )帶來(lái)不少麻煩。這對它們適應月球環(huán)境的能力提出了很高要求。此外,無(wú)人月球車(chē)還需具備一定自主工作能力,能識別、爬越或繞過(guò)障礙物。

  月球車(chē)一號長(cháng)2.13米,重756公斤,有8個(gè)輪子,每小時(shí)能行駛1至2公里,可以爬上30度的坡。它在月面行駛了10.5公里,利用4臺攝像機,以及月壤探測器、X射線(xiàn)光譜儀、X射線(xiàn)望遠鏡、宇宙射線(xiàn)探測器和激光設備等科學(xué)儀器工作了10個(gè)月,然后能源不足,“退休”了。

  1973年1月8日,蘇聯(lián)的月球21號探測器發(fā)射,落在默尼環(huán)形山,并帶去了月球車(chē)二號。它的外形與月球車(chē)一號基本相同,但重了80多公斤,而且在結構上得到了改進(jìn),移動(dòng)速度有所提高,攝像性能更好,活動(dòng)范圍也大幅增加。月球車(chē)二號在月面工作了4個(gè)月,行駛了37公里。

  載人月球車(chē)會(huì )受月塵影響

  1971年7月至1972年12月,美國發(fā)射了阿波羅十五號、十六號和十七號載人飛船,它們各裝有一輛折疊式載人月球車(chē),以擴大航天員的艙外活動(dòng)范圍。

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  阿波羅15號月球車(chē)

  這三臺月球車(chē)基本相同,都是長(cháng)3米,重約210公斤,4個(gè)車(chē)輪各由一臺發(fā)動(dòng)機驅動(dòng),最高時(shí)速可達16千米,能攜帶約490公斤的有效載荷。每臺車(chē)上裝有2個(gè)并排的可折疊座位,航天員可以通過(guò)座位間的T形控制器來(lái)駕駛。

  借助這些月球車(chē),航天員在月面四處巡游,對山脈、峽谷和火山口進(jìn)行了考察,并一共收集了280多千克月球樣品。尤其在阿波羅17號任務(wù)中,由于月球車(chē)和航天服的可靠性增加,打破了以往一些局限,因此這臺月球車(chē)創(chuàng )下了總行駛距離35.89公里、最長(cháng)單次行駛距離20.12公里、離登月艙最遠距離7.6公里的成績(jì)。

  不過(guò),相比地面上的車(chē)輛,載人月球車(chē)也會(huì )遭受月面環(huán)境的各種考驗。龐之浩說(shuō),阿波羅月球車(chē)就會(huì )受到細微月球塵埃的影響,這些塵埃使月球車(chē)的軸承、齒輪以及其他機械結構產(chǎn)生了磨損。另外,月球車(chē)行駛時(shí),車(chē)輪下噴濺出的塵埃達到2米多高,也會(huì )影響到航天員執行任務(wù)。

  “玉兔”更輕盈自主

  與同類(lèi)的蘇聯(lián)無(wú)人月球車(chē)相比,中國“玉兔”更輕盈。

  龐之浩表示,我國月球車(chē)有“小而精”的特點(diǎn)。它們長(cháng)1.5米、寬1米、高1.1米,僅重130多公斤,采用6輪主副搖臂懸架的移動(dòng)構形,可6輪獨立驅動(dòng)、4輪獨立轉向,具有爬20度坡、越20厘米高障礙的自主越障和避障能力,移動(dòng)速度最快為每小時(shí)200米。

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  2013年12月,玉兔號月球車(chē)離開(kāi)嫦娥三號的懷抱來(lái)到月面。它首次將測月雷達帶到了月球,還裝載了全景相機、紅外成像光譜儀、粒子激發(fā)X射線(xiàn)譜儀等設備。可是,行走了114米后,它的機構控制出現異常,悲劇了。從此它只能與嫦娥三號遙遙相望,卻動(dòng)彈不得。

  2019年1月跟隨嫦娥四號落在月球背面的玉兔二號,雖然外形尺寸與玉兔號基本一樣,但更自主、更健壯。

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  玉兔二號效果圖

  龐之浩說(shuō),玉兔二號上改進(jìn)了各種走線(xiàn)的布局,采取了故障隔離設計,應付困難的能力更強。

  同時(shí),玉兔二號可以根據光照條件,自主休眠。自主喚醒后,也像玉兔號那樣需要地面幫助進(jìn)行系統設置,而能自主設置,進(jìn)入安全、穩定的工作狀態(tài)。通過(guò)軟件升級,它在在自主休眠、自主地應對光照的遮擋、自主避障能力等方面都有明顯提高,并能更好應對各種突發(fā)狀況。

  跟此前所有月球車(chē)不同的是,玉兔二號是首次在月球背面進(jìn)行巡視探測。針對任務(wù)面臨的復雜地形條件、中繼通信新需求、科學(xué)目標的實(shí)際需要等因素,玉兔二號的運動(dòng)安全、能源供給、科學(xué)探測和測控通信等方面均有著(zhù)特殊設計。

  未來(lái)月球車(chē)啥樣?

  隨著(zhù)繼美蘇月球競賽后的第二輪探月高潮持續推進(jìn),科學(xué)家對月球車(chē)的新構想也五花八門(mén)。

  在載人月球車(chē)方面,美國曾為實(shí)施星座計劃重返月球,研制了密封式月球車(chē)。航天員坐在車(chē)里,可以不穿艙外航天服。但星座計劃后來(lái)被取消,這種月球車(chē)也不了了之。

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  國外專(zhuān)家還提出了多種載人月球車(chē)方案,包括月球摩托、火箭單座車(chē)、月球拖掛車(chē)、客貨兩用月球車(chē)、中型月球探險車(chē)等。但人類(lèi)尚未重新登月,這些方案暫時(shí)也沒(méi)有用武之地。

  對于無(wú)人月球車(chē),科學(xué)家的腦洞開(kāi)得更大。

  龐之浩說(shuō),從行走方式來(lái)看,目前已經(jīng)發(fā)射的7臺月球車(chē)都是采用輪式。包括近期發(fā)射計劃中,印度月船二號的月球車(chē)、日本女神二號的月球車(chē)也是如此。但輪式月球車(chē)越野能力不強,適應能力較差。有人提出過(guò)腿式巡視器方案,其適應能力最強,但效率很低。

  因此,一些國家結合腿式和輪式各自的優(yōu)點(diǎn),開(kāi)始研制輪腿式月球車(chē)。其作業(yè)范圍大,具有優(yōu)越的越障避障能力,但結構與控制也十分復雜。

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  “隼鳥(niǎo)2號”在小行星上著(zhù)陸的想象圖

  2018年9月21日,日本隼鳥(niǎo)2號把兩臺跳躍式著(zhù)陸探測器投放到龍宮小行星上。龐之浩認為,此技術(shù)也可以向月球車(chē)移植。

  此外,科學(xué)家還提出過(guò)翻滾式、履帶式、蛇式、氣囊式、滑橇式、螺旋滾筒式等多種月球車(chē)類(lèi)型。

  龐之浩說(shuō),未來(lái)月球車(chē)將向工作時(shí)間更長(cháng)、行駛距離更遠、環(huán)境適應能力更強、機動(dòng)性更好等方向發(fā)展,還需具備質(zhì)量、尺寸最小化,成本更低,能有效利用和傳輸能源等特點(diǎn)。采用模塊化設計和國際合作方式,可以滿(mǎn)足更多需求。 【來(lái)源:《科技日報》2019-03-01 15:17 記者 付毅飛 】

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