本月中國探月航天器“玉兔”將駕臨月球,如能順利完成任務,將意味著中國具備瞭獨立進行地外天體就位探測的能力。在“玉兔”之前,前蘇聯和美國都有探月車登過月球,其中有無人駕駛的,也有有人駕駛的。這些探月車大大增加瞭人類對月球的瞭解。“玉兔”的到來必將延續這一輝煌征程。
中國研制的航天器將於12月登陸月球,它將在距地38萬公裡的月面上工作三個月。這將是中國首次實現航天器在地球以外天體上軟著陸並進行巡視探測。中國探月工程二期副總設計師孫輝先說,“玉兔”登月需連闖發射、軟著陸、月面生存等幾道關口,之後展開巡視探測。如能順利完成任務,“將意味著中國具備瞭獨立進行地外天體就位探測的能力”。
加深人類對月球認識
月球車是一種能夠在月球表面行駛並完成月球探測、考察、收集和分析樣品等復雜任務的專用車輛。在實驗室裡,這個重要角色的學名是“月面巡視探測器”,為瞭使月球車在月面上能夠順利行駛,美國、前蘇聯曾進行瞭一系列衛星探測,並對月面環境進行瞭反復的科學實驗,為在探測器上攜帶月球車的成功打下瞭可靠的基礎。科學傢對經由月球車月面的實地考察所帶回的寶貴資料進行瞭分析研究,大大深化瞭人類對月球的認識。
分為有人和無人駕駛
月球車可分為無人駕駛型和有人駕駛型兩種。無人駕駛月球車由輪式底盤和儀器艙組成,用太陽能電池和蓄電池聯合供電。有人駕駛月球車──這是由宇航員駕駛在月面上行走的車。主要用於擴大宇航員的活動范圍和減少宇航員的體力消耗,可隨時存放宇航員采集的巖石和土壤標本。這類月球車的每個輪子各由一臺發動機驅動,靠蓄電池提供動力,輪胎在零下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、向後、轉彎和爬坡。
月球車是一項技術復雜、要求嚴格的研究開發任務,開發者除瞭要突破、掌握同機器人相關的輕型機械、機構、遙操作、自主導航和機械臂等技術外,更重要的是要在按航天器的規范與標準研制管理上多下功夫。
要經受嚴寒和折騰
月球車是一種在太空特殊環境下執行探測任務的機器人——太空機器人,既有機器人的屬性,更具有航天器的特點,不同於地面使用的工業機器人、醫學機器人和傢用機器人。月球車是一個可移動的平臺,它要攜帶若幹有效載荷,如探測儀器或挖掘采樣器等。這些設備和裝置必須小型化、輕型化。月球車應制成可折疊式,以盡可能縮小發射體積。
月球車必須適應航天特殊環境,包括力學環境和空間環境。力學環境指月球車在發射上升過程中運載火箭產生的沖擊、振動、過載和噪聲;在月面降落過程中制動火箭產生的沖擊、過載和可能用氣囊緩沖著陸產生的多次彈跳、翻滾。月球車必須經得起這些“摔、打、滾、爬”等折騰。
忙兩周再連睡兩周
月球上沒有空氣,月球車不能使用汽油發動機,隻能采用由蓄電池或者燃料電池供電驅動發動機的方式,即以電動車為主,以太陽能車和火箭車為輔。月球重力是地球的1/6,因此,月球表面土壤非常松軟,月球車行進效率會降低。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,設計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、後退、轉彎、爬坡,樣樣在行。在月球的一個自轉周期內,溫度相差可以達到310℃。月面上如此急劇變化的溫度環境會使橡膠迅速老化,因此月球車輪胎要使用特殊材料,克服溫差。
月球的自轉引起月面的晝夜變化。月球上一天的時間,大約相當於地球上的27天略多。因此,月球晝夜間隔大約相當於地球上的14天。也就是說,登上月球以後的月球車,最多可以連續工作14天,進入月夜以後,它由於無法通過光能發電,進入休眠狀態。14天後,又能自動醒來。
前蘇聯無人車先登美國有人車後來居上
1970年11月,前蘇聯發射的無人駕駛的“月球車”1號成功降落在月球上,成為世界上第一個月球車。它行駛瞭10.5公裡,考察瞭8萬平方米的月面。前蘇聯後來又推出的“月球車”2號,在月球上行駛瞭37公裡,向地球發回88幅月面全景圖。值得一提的是,所有的月球車最終都被留在瞭月球上。
1971年7月31日,“阿波羅15”號宇航員戴維斯·斯科特和詹姆斯·歐文進行瞭人類首次月球車行駛,他們駕駛著四輪月球車,在崎嶇不平的月球表面上,越過隕石坑和礫石行駛瞭數公裡。斯科特和歐文成為在月球上漫步的第7位和第8位人,而且是第一個在月球上駕車行駛的。當宇航員們在埃爾鮑隕石坑的邊沿停下時,位於休斯頓的任務控制臺打開瞭遊車的電視攝影機,向地球傳送非常清晰的彩色圖像。他們駕車行駛瞭兩小時,走瞭8公裡,之後又回到登月艙。
其後,“阿波羅”16號、17號攜帶的月球車,分別在月面上行駛瞭27公裡和35公裡,並利用月球車上的彩色攝像機和傳輸設備,向地球實時地發回宇航員在月面上活動的情景及離開月球返回環月軌道時登月艙上升級發動機噴氣的景象。
美國概念月車球2020年前殺向月球
美國航空航天局計劃在2020年前重返月球,並在2024年前,建立月球永久基地。目前已推出新型概念月球車。這種月球車可以向任意方向行進,車的前輪可以向各個方向旋轉,而且每個輪子的方向都相同。而這個新概念月球車的6個輪子可以分別向不同方向旋轉,不管其他輪子此時的指向。這種蟹型操控特征,讓車輛在駛入月球隕石坑時更具有優勢。“電力月球車”是美國航空航天局計劃中的一種小型貨車大小的增壓月球車,有12個輪子,帶有能滿足兩名航天員14天需求的睡眠和衛生設施。
此外,德國人工智能研究中心研發的新型探月機器人也已經亮相。該機器人可執行在月球尋找水源等任務,裝備的“CREX”六足攀爬系統可適應多種地形。該項計劃由德國經濟部斥資370萬歐元(約合人民幣3000萬元)研發,將於德國人工智能研究中心內的模擬月球場地進行試驗。
Orignal From: “玉兔”的洋哥哥們