正在阅读: 中国月球车小而精

中国月球车小而精

2019-01-09 10:07来源:北京日报

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  嫦娥四号着陆器监视相机C拍摄的玉兔二号巡视器走上月面影像图。

  ▼玉兔二号使用的筛网轮。新华社图

  苏联月球探测车。

  美国航天员尤金·塞尔南驾驶着阿波罗十七号的月球车。

  1月3日,我国嫦娥四号月球探测器实现了人类探测器首次在月球背面软着陆。此后,其中的玉兔二号月球车先后与着陆器分离,与“鹊桥”中继星成功建立独立数传链路,完成了环境感知、路径规划,并按计划在月面行走到达A点,开展科学探测,成为世界第一辆在月球背面运行的月球车。

  从获取探测数据的直接性和丰富性角度来看,软着陆和巡视勘察是其他探测形式所不能替代的,因此用月面巡视探测器(月球车)对月球进行探测十分重要。在这里,我们就来回顾一下月球车的发展历史和未来前景。

  分无人驾驶和有人驾驶两类

  月球车是进行月球表面探测的重要工具之一。按照有人还是无人驾驶,月球车一般分为两类。

  一类是无人驾驶的月球车。它由轮式底盘和一些其他设备组成,并载有多种科学探测仪器,用太阳能电池、蓄电池和核电池联合供电,靠地面遥控指令或自主控制在月面进行巡视探测,苏联在20世纪70年代发射的月球车一号、二号和我国的玉兔号、玉兔二号月球车属于这类,它们主要用于在月面进行巡视探测。

  另一类是有人驾驶的月球车。它主要作为航天员在月面活动的交通工具,用于扩大航天员的活动范围和减少航天员的体力消耗,并随时存放航天员收集的岩石和土壤标本,美国阿波罗十五号、十六号、十七号载人登月飞船的航天员曾使用这种类似高尔夫车的月球车在月面活动。这类月球车还装有摄像机和传输设备,向地球发回了航天员在月面的活动情景和离开月面时的情景。

  至今,全球一共成功发射和运行过7辆月球车,即用于在月面进行无人巡视探测的苏联月球车一号和二号(分别由月球十七号、二十一号月球探测器释放),中国玉兔号、玉兔二号(分别由嫦娥三号、四号月球探测器释放)和用于在月面运送航天员进行科学探测的美国3辆有人驾驶的月球车(分别由阿波罗十五号、十六号和十七号载人登月飞船释放)。

  按走行方式,月球车可分为轮式、腿式、蛇式、轮腿式、跳跃式、履带式、滑橇式、气囊式、履带轮式和螺旋滚筒式等多种类型。不过,目前已使用的月球车都采用轮式,并分为4轮式、6轮式和8轮式等几种。

  适应月球环境要求高

  无人月球车是一种在月面进行巡视探测的行走装置。它需适应月球环境,携带科学探测仪器在月面进行巡视探测,并把探测数据传送回地球。因此,无人月球车实际上就是一种能够在月球移动并完成探测任务的机器人。其主要作用是:装载科学探测仪器,并为这些仪器提供电源、温控、测控等正常工作的条件;在月面行走并进行勘测;把所探测到的科学数据传回地球。

  在技术上,月球车要能适应月球辐射强、低重力(月球重力是地球的1/6,月壤很松软,行进效率会降低)、路况复杂(月面崎岖不平,月球车的轮子既不能打滑,也不能翻车,并可前进、后退、转弯、爬坡、取物、采样和翻转)、温差很大(月球的1天温度相差大约310℃)等不利条件,并具有自主工作能力(达到初级人工智能,例如,识别、爬越或绕过障碍物等)。

  这种月球车用于拍摄月面高分辨率图像;勘查月球的物质和资源;研究月球的地形、地质和形态特征以及表面的辐射和环境;分析月面土壤的化学成分和物理力学性质;考察和收集月面的岩石样品等。

  同样,由于月球环境比地球恶劣得多,所以载人月球车也要求很高,而且一般只使用化学电池。在美国小布什总统执政期间,美国为了重返月球,曾实施星座计划,为此研制了密封式月球车,即航天员在车内可以不穿登月服,但随着星座计划的取消,这种月球车也不了了之。

  国外专家还提出过不少载人月球车的方案,例如,月球摩托车、火箭单座车、月球拖挂车、月球轨道巴士、中型月球探险车、客货两用月球车、双座多用途高性能小型月球车等,但都没有投入实用。

  苏联月球车

  拍照测试很忙活

  1970年11月10日和1973年1月8日,苏联先后用质子号运载火箭发射了月球十七号和二十一号月球探测器。月球十七号在月球正面的雨海软着陆,月球二十一号在月球正面的默尼环形山软着陆。

  月球十七号和二十一号月球探测器分别携带的月球车一号、二号基本相同,都装有8个轮子,长为2.13米,轴距为1.70米,车轮直径为0.51米,宽度为0.20米,车轮动力范围为0.1米,行驶速度为1-2千米/小时,可翻越30°的坡,电源采用太阳电池阵列+蓄电池,在月夜期间,通过钋-210放射性同位元素加热器保温。

  月球车一号的质量为756千克,装有2副天线、4台摄像机、月壤探测器、X射线光谱仪、X射线望远镜、宇宙射线探测器和激光设备等科学仪器,在月面行驶了10.5千米,工作了10个月,后由于能源不足停止工作;月球车二号的质量为840千克,装有3台摄像机、月壤探测器、太阳X射线实验仪器、天体光度测量计、磁力计、辐射计等科学仪器,在月面行驶了37千米,工作了4个月,地面人员可通过月球车二号发回的图像来指挥其在月面的行走。另外,相比月球车一号,月球车二号在结构上有所改进,运动速度有所提高,摄像性能有所改善,活动范围大幅增加。

  月球车一号拍摄了20000多张照片,对500个地点进行了土壤物理测试,对25个地点进行了土壤化学分析,总考察面积接近80000平方米。此外,它还收集了大量月面辐射数据。月球车二号拍摄发回86张全景照片、80000多张电视图片。

  美国月球车

  宇航员的代步车

  1971年7月至1972年12月,美国先后发射了阿波罗十五号、十六号和十七号载人登月飞船,它们各自装有一辆折叠式载人月球车,并且基本相同,均可在月面低重力、真空环境中行驶,从而扩大了航天员的舱外活动范围。

  每辆阿波罗月球车质量约210千克,长3米,轴距2.3米,高1.1米,有4个轮子(每个轮子各由一台发动机驱动,靠蓄电池提供动力,轮胎在-100°C低温下仍可保持弹性),电源采用银锌氢氧化钾一次性电池,行驶速度为10-12千米/小时,能携带约490千克的有效载荷。车上装有2个并排的可折叠座位,每个座位有可调节的踏板和安全带。车前端桅杆上装有大型网状碟型天线。航天员通过位于两个座位之间的T形手动控制器来控制漫游车。手柄前部有一个控制与显示模块,显示当前的速度、方向、电源和温度情况。

  其最高时速可达16千米,航天员坐在上面驾驶着它在月球表面巡游,以车代步,爬越障碍,翻越沟壑,对山脉、峡谷和火山口进行了考察,并把彩色图像传回地面。

  阿波罗十五号的月球车总共行驶了27.76千米,总时间为3小时2分钟,最长单次行驶距离为12.47千米,离开登月舱的最长距离为5千米,收集了约77千克月球样品。

  阿波罗十六号的月球车总共行驶了26.55千米,总时间为3小时26分钟,最长单次行驶距离为11.59千米,离开登月舱的最长距离为4.5千米,收集了约96千克月球样品。

  阿波罗十七号的月球车总共行驶了35.89千米,总时间为4小时26分钟,最长单次行驶距离为20.12千米,离开登月舱的最长距离为7.6千米,收集了111千克月球样品。在阿波罗十七号任务中,由于月球车和航天服的可靠性增加,缓解了月球车行驶距离的局限,所以航天员驾驶月球车行驶的距离最长。

  航天员使用阿波罗月球车时会受到微粒非常细小的月球尘埃影响,月球尘埃使轴承、齿轮和密封的其他机械结构产生了磨损。另外,在航天员驾驶阿波罗月球车行驶时,从车轮下喷溅出来的尘埃数量巨大,高度超过2米,对航天员执行巡视任务产生了一定影响。

  中国月球车

  玉兔二号更轻盈自主健壮可靠

  2013年12月2日、2018年12月8日,我国先后用长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心成功发射了嫦娥三号、四号月球探测器。嫦娥三号在月球正面的虹湾区软着陆,嫦娥四号在月球背面的艾特肯盆地软着陆。

  嫦娥三号、四号月球探测器分别携带的玉兔号和玉兔二号月球车,在外形、重量等方面基本一样,但因为着陆环境和科学目标不太一样,所以在功能和有效载荷方面有些改变。

  玉兔号和玉兔二号都用于在月面巡视考察、收集和分析样品。它们均长1.5米,宽1米,高1.1米,设计寿命为3个月,采用6轮主副摇臂悬架的移动构形,可6轮独立驱动,4轮独立转向,具有爬20°坡、越20厘米高障碍的自主越障和避障功能,移动速度最快为200米/小时。

  由于玉兔二号是在月球背面地形崎岖不平区域进行巡视探测,所以针对月球背面复杂的地形条件、中继通信新的需求、极大的温差和科学目标的实际需要等因素,在玉兔号的基础上对玉兔二号月球车进行了适应性更改和有效载荷配置调整,对运动安全、能源供给、科学探测和测控通信等方面均做了特殊的设计。例如,尽量减少电缆裸露在外的面积,以减少电缆的故障风险;在软件上也进行了系统升级,从而更好地应对各种突发状况;还使其在自主休眠,自主应对光照的遮挡,自主避障能力等方面都有明显提高。

  因此,与玉兔号相比,玉兔二号更轻盈、更自主、更健壮、更可靠。例如:

  玉兔号月球车携带了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器进行巡视探测。

  玉兔二号上仍装有全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪,但增加了瑞典的中性原子探测仪,去掉了玉兔号的粒子激发X射线谱仪。因此,玉兔二号月球车也就不需要机器臂了,从而轻了2千克。玉兔号重137千克,玉兔二号重135千克,是世界探月史上最轻的月球车。

  玉兔号在月夜期间处于休眠状态,月昼来临时自主唤醒,但唤醒后需要地面进行相关的系统设置才能进入安全的工作状态。

  玉兔二号可根据光照条件,自主地进入休眠状态,唤醒后也可以自主设置进入稳定的工作状态。

  玉兔号在虹湾区上行走了114米后突然不能动了,出现了机构控制异常。

  玉兔二号改进了各种走线的布局,采取了故障隔离设计,因此更健壮,应付困难的能力更强。

  与同类的苏联无人月球探测车相比,中国无人月球探测车的特点明显,小而精。比如,苏联月球车一号、二号质量分别为756千克、840千克,而玉兔号、玉兔二号月球车质量分别为137千克、135千克;每辆苏联月球车有8个轮子,而每辆中国月球车有6个轮子;苏联月球车与中国月球车装的仪器、运行地点也不同,中国月球车装的仪器更先进,其中玉兔号上装的测月雷达是在世界月球探测器上首次使用,玉兔二号则是世界首个运行在月球背面的月球车。

  延伸阅读

  月球车运行方式会更多样

  月球车可采用腿式、轮式、跳跃式、翻滚式和履带式等,其中轮式具有运动速度快的优点,效率最高,所以全球已发射的7个月球巡视探测器都为轮式,今年印度将要发射的月船二号的月球车和明年日本将要发射的月女神二号的月球车也采用轮式。但轮式车的越野性能不太强,适应能力最差。而腿式月球巡视探测器的适应能力最强,但其效率最低。随着月球车逐渐采用6轮摇臂-转向架式悬挂系统底盘结构,使轮式月球车的越野能力大大增强,能与腿式月球机器人相媲美。

  现在,结合腿式和轮式月球车各自的优点,一些国家已开始研制轮腿式月球车。它融合了腿式的地形适应能力和轮式高速高效的优点,作业范围大,同时具有优越的越障避障能力,对复杂月球表面环境适应性强,但缺点是结构与控制复杂。

  跳跃式、翻滚式和履带式探测器可适应更复杂的地形。2018年9月21日,日本隼鸟2号就把两台跳跃式着陆探测器投放到龙宫小行星上。此技术也可移植到月球车上。

  未来的月球车将朝着在月面工作更长的时间、行驶更长的距离、适应更复杂的环境等方面发展,并具有质量和尺寸最小化、有效地利用和传输能源、机动能力更强、航天员更安全、应用范围更广、成本更低等特点。为此,需采用模块化设计和国际合作,以满足多种需求。(柯谱)

[责编:张佳兴]

阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 国门下的铁路卫士

  • 南京:高铁乘务员备战春运

独家策划

推荐阅读
据了解,这款列车是目前国内最轻的铝合金地铁车辆,采用B型铝合金车体,每列车共六节车厢,最高时速达80公里,最大载客量为2062人。
2019-01-18 09:16
IPCC此前认为,稻田秸秆还田对甲烷排放的促进效应仅与还田量有关,与还田年限无关。该成果不仅可为全球稻田温室气体排放估算提供重要参数,更可以矫正社会对稻田秸秆还田的认识。
2019-01-18 09:15
基因测序技术是生命科学和生物科技的核心技术之一,目前正处在从主流的二代测序技术向三代技术进行产业升级的过渡阶段。
2019-01-18 09:13
沙门氏菌是一种全球性的重要的食源性人畜共患病致病菌。目前,能够消除细胞内沙门氏菌的有效方法仍然非常有限。
2019-01-18 09:13
自2010年石墨烯获得诺贝尔物理学奖以来,科学家和产业界对石墨烯就开始狂热的追逐。类石墨烯的二维材料家族涉及学科跨度大、范畴广、种类多,一直以来呈现多点开花、新现象、新应用频出的创新态势。
2019-01-18 09:12
研究发现,HBV转基因(HBs-tg)小鼠肝脏高表达抑制性受体TIGIT, 通过持续性阻断TIGIT抑制性通路,可以使小鼠产生慢性肝炎。
2019-01-18 09:11
17日,在位于成都的中核集团核工业西南物理研究院内,我国首台30万千伏安立式脉冲发电机组系统通过验收,总体参数达到国际先进水平。
2019-01-18 09:10
此次,日本京都大学研究团队检测了139名患者(诊断为食管鳞状细胞癌或无癌)的食管组织样本,以调查细胞突变。
2019-01-18 09:10
17日,记者从农业农村部农业转基因生物安全管理办公室获悉,美国于近日发布了相关国家和地区的农业生物技术年度报告。
2019-01-18 09:09
天上的星星有多老?多年来,天文学家测定恒星年龄的误差甚至超过20%。但美国安柏瑞德航空大学的科学家近日提出一种新的恒星年龄测定技术,误差仅为3%至5%。
2019-01-18 09:09
据美国趣味科学网站近日报道,英国国家物理实验室的科学家建造了一个被称为“光学环谐振器”的机器,在其中,光脉冲围绕着彼此旋转,且控制光之行为的标准规则不再适用。
2019-01-18 09:08
英国爱丁堡大学研究人员近日在美国《电子生命》杂志刊登研究报告称,通过分析DNA(脱氧核糖核酸)信息,在理论上可以预测一个人比平均寿命活得更长还是更短。
2019-01-18 09:06
各种演化上的适应,推动了四足动物从水栖转变为陆上行走。其中羊膜动物(爬行动物、鸟类和哺乳动物)分化迅速,并且一直与更高效直立行走的发展关联在一起。然而,对于考古学家来说,这种更先进运动方式的发展时间线一直不甚明确。
2019-01-18 09:06
教授退休,这原本是一件好事,放下了教学重担,也放下了科研责任,应该颐养天年了。唯有坚守初心,守正做人,爱护自己的名声,才能够保护好科学的声誉,让自己的人生不留下“科研污点”。
2019-01-18 09:05
木薯研究只是海南省特色基础研究工作成果之一。以中国热带农业科学院、海南大学等科研机构、院校为依托,立足区域资源优势,不断夯实科研基础,着力推动深海、南繁、航天等领域技术创新,加强科研平台建设,海南省正在逐步探索出一条符合自身发展的特色科研之路。
2019-01-18 09:04
中外古人类学家第一次把先进的同步辐射技术用在古人类化石的研究中。研究表明,南方古猿、非洲早期人属、直立人牙齿生长发育节奏较快,与现代人差别较大。
2019-01-18 09:02
当前,移动互联网已经告别用户增长的高速发展时期,人口、流量和资本红利逐渐退潮,并逐步进入了存量用户的争夺阶段。
2019-01-18 09:25
中国第35次南极科学考察队昆仑队16日在南极昆仑站完成小型视宁度测量望远镜KL-DIMM的安装,展开观测调试。
2019-01-18 09:23
人工智能是当前科技发展的热点,也是世界经济与社会发展的重要杠杆。作为上海理工大学机器智能研究院发起人,张建伟教授在会上介绍,未来人工智能将与机器人、智能制造走向更深度的融合。
2019-01-17 09:16
据悉,电子显微镜是一类纳米乃至皮米级的材料结构分析工具,中心此次采用的电镜分辨率可达50皮米以下,可以方便灵活地获得综合的高分辨率微尺度信息,将观察的尺度精确到原子量级。未来,这台电镜将在化学学科、物理学科、材料学科、电子学科、机械学科和考古学科等多个学科方向开展研究。
2019-01-17 09:16
加载更多