11月4日,“玉兔號關鍵字”月球車原理樣機亮相上海中國國際工業博覽會。
11月4日,“玉兔號”月球車原理信用卡代償樣機亮相上海中國國際工業博覽會。
  央視網(記住商者王磊 崔向升 報道) “嫦娥三號”正懷抱“玉兔”奔向月宮,即將與這顆神秘的地球衛星親密接觸。“玉兔號”作為中國首輛月球車,也蘊含著很多有待揭開的秘密。
  “玉兔號”商務中心月球車是什麼樣的?
  月球車,學名“月面巡視探測器”,是一種能夠在月球錶面行駛並完成月球探測、考察、收集和分析樣品等複雜任咖啡機務的專用車輛。
  中國探月工程副總指揮李本正11月26日宣佈,我國首輛月球車——“嫦娥三號”巡視器全球徵名活動結束,月球車命名“玉兔號”。“玉兔號”既體現了中華民族的傳統文化,又反映了我國和平利用太空的宗旨。傳說中,當年嫦娥懷抱玉兔奔月,玉兔善良、純潔、敏捷的形象與月球車的構造、使命既形似又神似。
  整整10年時間,一大批科研人員完成了這輛能夠耐受月表真空、強輻射和高溫差等極端環境的月球車。中國探月工程總設計師吳偉仁說,“玉兔號”實現了全部“中國製造”,國產率達到100%。
  “玉兔號”月球車重約140千克,呈長方形盒狀,長1.5米,寬1米,高1.1米,周身金光閃閃,有6個輪子,由移動、導航控制、電源、熱控、結構與機構、綜合電子、測控數傳、有效載荷8個分系統組成,業內人士形象地稱之為“八仙過海,各顯神通”。月球車副主任設計師魏然用4句話形容它:肩插“太陽翼”,腳踩“風火輪”,身披“黃金甲”,腹中“秘器”多。
  “玉兔號”以太陽能為能源,具備20度爬坡、20釐米越障能力,並配備有全景相機、紅外成像光譜儀、測月雷達、粒子激發X射線譜儀等科學探測儀器。
  中外月球車有何不同?
  中國空間技術研究院研究員龐之浩介紹說,迄今為止,世界上發射併成功運行的月球車有5輛,其中2輛是無人探測月球車,是蘇聯在上世紀70年代發射的“月球車”1號和2號;3輛是有人駕駛的月球車,分別由美國“阿波羅”15號、16號、17號登月時攜帶。
  中國的“玉兔號”月球車是無人駕駛月球車,與蘇聯的月球車相比是“小個子”,“小而精,能完成任務就行了,也節約成本。”龐之浩說。
  龐之浩指出,無人月球車難度更大,因為上面有很多儀器,要保證在無人的狀態下行駛,儀器能正常工作;有人駕駛的月球車主要作為一個交通工具,擴大航天員在月球上的活動範圍,上面基本沒有什麼儀器,由航天員駕駛起來也相對容易一些。
  北京大學地球與空間科學學院教授、中國空間科學學會空間探測專業委員會副主任焦維新表示,距離上次月球車登月已過去近40年,電子設備、探測儀器都非當年可比,無論是材料、驅動系統的選擇還是探測儀器,過去都不可能有。因此,中國的月球車比之前的先進是肯定的,儘管某些方面不是當今世界上最先進的,但肯定不會是上世紀70年代的重覆。
  “玉兔號”將執行哪些任務?
  12月2日凌晨,中國在西昌衛星發射中心成功將肩負首次登月任務的探測器“嫦娥三號”送入軌道。由著陸器和“玉兔號”月球車組成的“嫦娥三號”,預計於12月中旬在月球虹灣區軟著陸。吳偉仁說,在月球實現軟著陸是“嫦娥三號”探月任務中最難的一環。
  “著陸器通過反推發動機緩衝,在月面上徐徐降落,艙門打開,彈出斜梯。月球車緩緩舒展蜷縮的身體,調整好姿態,走出艙門,滑下斜梯,開始漫步月球……”中國科學院院士、探月工程高級顧問歐陽自遠這樣描述“玉兔號”月球車登臨月球的場景。
  之後,“玉兔號”月球車將駛離著陸器,在月面進行3個月的科學勘測,著陸器則在著陸地點進行原地探測。“玉兔號”底部安裝了一臺測月雷達,可發射雷達波,探測二三十米厚的月球土壤結構,還可以對月球下麵100米深的地方進行探測。“這是世界上其他國家從來沒有做過的事情。”歐陽自遠說。
  “靜若處子,動若脫兔。”有限的時間,意味著“玉兔號”月球車的工作必須是高效的——依靠各種先進設備,對月表進行三維光學成像、紅外光譜分析,開展月壤厚度和結構科學探測,對月表物質主要元素進行現場分析,等等。
  著陸器的設計壽命是一年,月球車的則只有3個月。它們將在完成任務後永遠留在月球。“當然,我們希望它能夠實現這個壽命,也希望超過這個壽命,就像‘嫦娥二號’一樣。”吳偉仁說,“嫦娥二號”的設計工作時間是半年,但是到現在還在工作,已經3年多了。“設計壽命過後,就看它們的生存能力了。”
  “玉兔號”著陸地點為何選在虹灣區?
  這次“嫦娥三號”預定的月球著陸區“虹灣”,並不是真的海灣,而是像彩虹一樣的巨型隕石坑壁。月球上有很多地方以“海”和“洋”命名。古人望月,以為看到的是海,其實不是。虹灣區位於月球北緯43度左右、西經31度左右,南北長約100千米、東西長約300千米。“比北京海澱區小一點,月球車探測的只是虹灣區的一部分,據專家介紹是5平方公里”,龐之浩說。
  “嚴格來說,月球沒有水,沒有空氣,也談不上美”,焦維新說,在繪圖時一般習慣把平坦的地方繪上藍色,高一點的地方繪上黃色,再高一點的繪上紅色,月球虹灣區整體低窪平坦,用常規方法繪出來就是一個美麗的海灣,“有點像我們的渤海灣”。
  龐之浩介紹,之所以選擇在虹灣區落月,是出於多種綜合因素的考慮:一是這裡比較平坦,落月比較安全;二是美蘇的探測主要集中在月球赤道附近,虹灣仍是月球研究的空白,探測該區域非常有科學價值;三是能實現正面直接測控通訊;四是太陽光照較好,能保證探測器的太陽能電池板正常工作。
  “玉兔號”如何剋服月球上超過攝氏300度的溫差挑戰?
  “古人把月亮稱為廣寒宮,一點都不假。月面夜間最低溫度可以降至攝氏零下180度,電子設備根本無法工作。”中國探月工程副總指揮、探月與航天工程中心主任李本正說,“更要命的是,月球上的一晚上相當於地球上的14天,可謂‘長夜漫漫真難熬’!”
  更糟糕的是,由於月球上的一天約相當於地球上的28天,其中約14天會被太陽連續暴曬,月球車面臨散熱難題;接下來的約14天又是連續月夜,在攝氏零下100多度的環境里,大部分電子設備無法工作,只能“冬眠”,還需要專門設備保持月球車的內部溫度,防止設備被凍壞。要讓探測器同時適應這兩種極端溫度,難度非常大。而且一旦夜晝交替,探測器還要從“冬眠”狀態中被“喚醒”,如何保證系統正常啟動也是道難題。
  “玉兔號”月球車身披“黃金甲”,目的不是為了好看,而是為了反射月球白晝的強光,降低晝夜溫差,同時阻擋宇宙中各種高能粒子的輻射,從而支持和保護月球車上的紅外成像光譜儀、激光點陣器等10多套科學探測儀器。
  按照科研人員的精心設計,“玉兔號”與人類的作息制度一樣,也是日出而作、日落而息,白天還要午休,只不過它每天的工作時間相當於地球上的14天,然後又會一覺睡14天。
  漫漫長夜之後,“玉兔號”怎麼才能立刻點火工作呢?它需要一床禦寒的“被子”和一個叫它起床工作的“鬧鐘”。承擔這兩項功能的是它的供電系統——太陽翼。據“嫦娥三號”探測器副總設計師賈陽介紹,晚上,“玉兔號”的桅桿會收起來,太陽翼也會扣上,“這個過程中相當於把巡視器(月球車)散熱的途徑隔絕掉了。然後,當陽光逐漸從東邊起來,到達5度的高度時,巡視器就被喚醒了,進入到第二天白天的正常工作。”
  “不僅氣溫低時要睡覺,氣溫高時也要小憩。”測控系統主任設計師張波介紹,“白天時,‘玉兔號’月球車的太陽能電池帆板還要調整角度,避免被陽光照射得太熱。最熱的月午,月球車還要進行‘午休’。”這種作息極大地增強了“玉兔號”適應月表惡劣環境的能力。
  對一些特別嬌嫩的設備,月球車內還專門準備了“暖寶”——核電池。核電池提供電能的時間非常長,一個硬幣大小的核電池,就可使用5000年。這項技術如能成功,將使我國成為繼美俄之後,世界上第三個將核動力應用於太空探測的國家。
  “玉兔號”如何在月球錶面如履平地?
  儘管整體來講虹灣地區比較平坦,但月球錶面千萬年來經歷隕石撞擊,遍佈大大小小的隕石坑和石塊。為了避免在月球上“摔跤”或“崴腳”,“玉兔號”月球車有6個特製的輪子,而且移動很慢——每小時最多走200米。
  “這個輪子學名叫做篩網輪,能夠盡可能減輕重量。另外,這個車輪在設計上必須要有很大的接觸面積,摩擦繫數也要很大,這樣它在月面才不會陷進去,也不容易打滑。”“嫦娥三號”探測器系統專家曾令斌說。龐之浩介紹,由於輪子是網狀的,所以一邊行駛一邊可以把沙子漏掉。
  除了錶面用篩網,輪子每隔一段就會有一個鋸齒形的結構,叫做棘爪,就像是兔爪上的指甲。月球上本沒有路,這些尖利的小爪子能夠幫助“玉兔號”穩穩地抓住月面,跨過溝溝坎坎。
  遇到地面不平的情況時,“玉兔號”會通過搖臂調整重心。如果遇到較大的坡,它就會繞過去。全程參與“玉兔號”研製的主任設計師肖傑說,“玉兔號”有4只“眼睛”,分別是全景相機和導航相機。通過相機“觀察”周圍環境,對月面障礙進行感知和識別,然後對巡視的路徑進行規劃。遇到超過20度的斜坡、高於20釐米的石塊或直徑大於2米的撞擊坑,月球車能夠自主判斷並安全避讓。
  “玉兔號”是從40多個月球車中“脫穎而出”的
  據探測器系統副總指揮兼副總設計師張玉花透露,“2007年國家任務定型的時候,月球車滿地跑,中國有40幾個月球車競爭比較。”40幾個月球車滿地跑,最後是怎麼確定下來的呢?張玉花說,這個型號的巡視器和著陸器由一家單位研發,當時認為更合適,接口更好。如今,“玉兔號”月球車八個分系統中,有四個半是上海航天人研製的。
  據中國月球探測車的先驅者、哈爾濱工業大學81歲教授劉暾介紹,作為中國首輛月球車,其關鍵技術有2項是由哈工大科研人員研製的,包括溫度調控系統技術和車輪構型、材質設計技術。“玉兔號”月球車實現了全部“中國製造”,國產率達100%。其中月球車溫度調控系統是哈工大的一項領先世界的先進技術。為適應極端環境,“玉兔號”月球車熱控分系統利用導熱流體迴路、隔熱組件、散熱面設計、電加熱器、同位素熱源,可耐受攝氏零下180度至零上150度的極限溫度。工作時的艙內溫度可以控制在攝氏零下20度至零上50度之間。
  劉暾介紹,月球車在月面“行走”時風險重重,車輪掀起的月壤細粒會大量揚起,形成月塵,一旦附著將很難清除。月塵可能引起月球車很多故障,包括機械結構卡死、密封機構失效、光學系統靈敏度下降等。月球車的車輪形狀和材質成為一個很重要的解決月塵的關鍵點。為了確認哪種車輪的構型更適應月球環境,哪種材質更適合月球錶面的環境,科研人員進行了幾千次的實驗。
  外媒對“玉兔”行走月球甚是期待
  法國《阿爾薩斯最新消息》報說,中國成功發射入軌的“嫦娥三號”探測器正攜帶“玉兔”奔向月球。此次任務標志著中國雄心勃勃的太空計劃邁出了關鍵一步。中國正努力實現其首次月面軟著陸,以期成為繼美國和蘇聯之後第三個成功接受這一挑戰的國家。法國新聞廣播電臺指出:“中國‘玉兔’月球車起飛了,它將在未來幾個月探測一個我們從未涉足的區域——月海虹灣。中國在實現征服太空的抱負方面正跨越一個重要階段。”
  日本最大的太空開髮網站“sorae.jp”稱,嫦娥三號是中國發射的第三個月球探測器,它承擔著中國首次月面著陸任務,並準備施放無人月球車,向月面行走發起挑戰。如能實現月面軟著陸,這將是1976年蘇聯“月球24號”探測器在月面著陸以來,時隔37年的又一壯舉。
  巴西門戶網站UOL暢想道:到本世紀20年代,人們將會看到中國航天員在月球漫步,甚至會在月球長期停留。
  挪威通訊社說,近些年來,中國和印度相對更加註重發展航天。中國探月和印度發射火星探測器,在當今太空探索方面樹立了重要里程碑。過去,只有美國和俄羅斯可以做這樣的事。
 
(編輯:SN091)
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