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“玉兔”與國外“同行”們有何不同?未來月球車可能啥樣?

時間:2019年03月01日 信息來源:科技日報 點擊: 字體:

2月28日10時51分,玉兔二號月球車從休眠中醒來,目前已經按計劃開始了第三月晝的工作。


全國空間探測技術首席科學傳播專家、極速快三登錄網址研究員龐之浩向科技日報記者介紹,迄今為止,全世界共發射了7臺月球車,包括無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。均為無人駕駛。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?咱們來盤點盤點。



無人月球車對環境適應力要求高


1970年11月10日,蘇聯發射月球17號探測器。它在雨海地區軟著陸,釋放了一臺無人駕駛月球車——月球車一號。


龐之浩說,無人月球車要攜帶科學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并完成探測任務的機器人。完成任務的前提,是它先要能適應月球的環境。

    

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


月球車一號長2.13米,重756公斤,有8個輪子,每小時能行駛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射線光譜儀、X射線望遠鏡、宇宙射線探測器和激光設備等科學儀器工作了10個月,然后能源不足,“退休”了。

    

1973年1月8日,蘇聯的月球21號探測器發射,落在默尼環形山,并帶去了月球車二號。它的外形與月球車一號基本相同,但重了80多公斤,而且在結構上得到了改進,移動速度有所提高,攝像性能更好,活動范圍也大幅增加。月球車二號在月面工作了4個月,行駛了37公里。



載人月球車會受月塵影響


1971年7月至1972年12月,美國發射了阿波羅十五號、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,以擴大航天員的艙外活動范圍。


這三臺月球車基本相同,都是長3米,重約210公斤,4個車輪各由一臺發動機驅動,最高時速可達16千米,能攜帶約490公斤的有效載荷。每臺車上裝有2個并排的可折疊座位,航天員可以通過座位間的T形控制器來駕駛。

    

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

    

不過,相比地面上的車輛,載人月球車也會遭受月面環境的各種考驗。龐之浩說,阿波羅月球車就會受到細微月球塵埃的影響,這些塵埃使月球車的軸承、齒輪以及其他機械結構產生了磨損。另外,月球車行駛時,車輪下噴濺出的塵埃達到2米多高,也會影響到航天員執行任務。



“玉兔”更輕盈自主


與同類的蘇聯無人月球車相比,中國“玉兔”更輕盈。


龐之浩表示,我國月球車有“小而精”的特點。它們長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構形,可6輪獨立驅動、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,移動速度最快為每小時200米。


2013年12月,玉兔號月球車離開嫦娥三號的懷抱來到月面。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X射線譜儀等設備。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。

 

龐之浩說,玉兔二號上改進了各種走線的布局,采取了故障隔離設計,應付困難的能力更強。

    

同時,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行系統設置,而能自主設置,進入安全、穩定的工作狀態。通過軟件升級,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狀況。

    

跟此前所有月球車不同的是,玉兔二號是首次在月球背面進行巡視探測。針對任務面臨的復雜地形條件、中繼通信新需求、科學目標的實際需要等因素,玉兔二號的運動安全、能源供給、科學探測和測控通信等方面均有著特殊設計。



未來月球車啥樣?


隨著繼美蘇月球競賽后的第二輪探月高潮持續推進,科學家對月球車的新構想也五花八門。

    

在載人月球車方面,美國曾為實施星座計劃重返月球,研制了密封式月球車。航天員坐在車里,可以不穿艙外航天服。但星座計劃后來被取消,這種月球車也不了了之。

 

國外專家還提出了多種載人月球車方案,包括月球摩托、火箭單座車、月球拖掛車、客貨兩用月球車、中型月球探險車等。但人類尚未重新登月,這些方案暫時也沒有用武之地。

    

對于無人月球車,科學家的腦洞開得更大。

    

龐之浩說,從行走方式來看,目前已經發射的7臺月球車都是采用輪式。包括近期發射計劃中,印度月船二號的月球車、日本女神二號的月球車也是如此。但輪式月球車越野能力不強,適應能力較差。有人提出過腿式巡視器方案,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點,開始研制輪腿式月球車。其作業范圍大,具有優越的越障避障能力,但結構與控制也十分復雜。


2018年9月21日,日本隼鳥2號把兩臺跳躍式著陸探測器投放到龍宮小行星上。龐之浩認為,此技術也可以向月球車移植。

    

此外,科學家還提出過翻滾式、履帶式、蛇式、氣囊式、滑橇式、螺旋滾筒式等多種月球車類型。


龐之浩說,未來月球車將向工作時間更長、行駛距離更遠、環境適應能力更強、機動性更好等方向發展,還需具備質量、尺寸最小化,成本更低,能有效利用和傳輸能源等特點。采用模塊化設計和國際合作方式,可以滿足更多需求。





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