“玉兔”與國(guó)外“同行”們有何不同？未來(lái)月球車(chē)可能是這樣的……

2月28日10時(shí)51分，玉兔二號(hào)月球車(chē)從休眠中醒來(lái)，目前已經(jīng)按計(jì)劃開(kāi)始了第三月晝的工作。

全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專(zhuān)家龐之浩向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，迄今為止，全世界共發(fā)射了7臺(tái)月球車(chē)，包括無(wú)人駕駛和有人駕駛兩種。

我國(guó)的嫦娥三號(hào)、四號(hào)探測(cè)器，分別釋放了玉兔號(hào)和玉兔二號(hào)月球車(chē)。均為無(wú)人駕駛。與國(guó)外“同行”相比，它們身材玲瓏，體重也更輕。此外還有哪些區(qū)別？咱們來(lái)盤(pán)點(diǎn)盤(pán)點(diǎn)。

無(wú)人月球車(chē)對(duì)環(huán)境適應(yīng)力要求高

1970年11月10日，蘇聯(lián)發(fā)射月球17號(hào)探測(cè)器。它在雨海地區(qū)軟著陸，釋放了一臺(tái)無(wú)人駕駛月球車(chē)——月球車(chē)一號(hào)。

龐之浩說(shuō)，無(wú)人月球車(chē)要攜帶科學(xué)探測(cè)儀器在月面巡視探測(cè)，并把探測(cè)數(shù)據(jù)傳送回地球，相當(dāng)于是一種能夠在月球移動(dòng)并完成探測(cè)任務(wù)的機(jī)器人。完成任務(wù)的前提，是它先要能適應(yīng)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(qiáng)，對(duì)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(duì)它們適應(yīng)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(shí)別、爬越或繞過(guò)障礙物。

月球車(chē)一號(hào)長(zhǎng)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(tái)攝像機(jī)，以及月壤探測(cè)器、X射線光譜儀、X射線望遠(yuǎn)鏡、宇宙射線探測(cè)器和激光設(shè)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(hào)探測(cè)器發(fā)射，落在默尼環(huán)形山，并帶去了月球車(chē)二號(hào)。它的外形與月球車(chē)一號(hào)基本相同，但重了80多公斤，而且在結(jié)構(gòu)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(hào)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(guó)發(fā)射了阿波羅十五號(hào)、十六號(hào)和十七號(hào)載人飛船，它們各裝有一輛折疊式載人月球車(chē)，以擴(kuò)大航天員的艙外活動(dòng)范圍。

這三臺(tái)月球車(chē)基本相同，都是長(zhǎng)3米，重約210公斤，4個(gè)車(chē)輪各由一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，最高時(shí)速可達(dá)16千米，能攜帶約490公斤的有效載荷。每臺(tái)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(duì)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(hào)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(tái)月球車(chē)創(chuàng)下了總行駛距離35.89公里、最長(zhǎng)單次行駛距離20.12公里、離登月艙最遠(yuǎn)距離7.6公里的成績(jī)。

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(yàn)。龐之浩說(shuō)，阿波羅月球車(chē)就會(huì)受到細(xì)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(jī)械結(jié)構(gòu)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(dá)到2米多高，也會(huì)影響到航天員執(zhí)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(guó)“玉兔”更輕盈。

龐之浩表示，我國(guó)月球車(chē)有“小而精”的特點(diǎn)。它們長(zhǎng)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(gòu)形，可6輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、4輪獨(dú)立轉(zhuǎn)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。

2013年12月，玉兔號(hào)月球車(chē)離開(kāi)嫦娥三號(hào)的懷抱來(lái)到月面。它首次將測(cè)月雷達(dá)帶到了月球，還裝載了全景相機(jī)、紅外成像光譜儀、粒子激發(fā)X射線譜儀等設(shè)備?？墒?，行走了114米后，它的機(jī)構(gòu)控制出現(xiàn)異常，悲劇了。從此它只能與嫦娥三號(hào)遙遙相望，卻動(dòng)彈不得。

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

龐之浩說(shuō)，玉兔二號(hào)上改進(jìn)了各種走線的布局，采取了故障隔離設(shè)計(jì)，應(yīng)付困難的能力更強(qiáng)。

同時(shí)，玉兔二號(hào)可以根據(jù)光照條件，自主休眠。自主喚醒后，也像玉兔號(hào)那樣需要地面幫助進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，而能自主設(shè)置，進(jìn)入安全、穩(wěn)定的工作狀態(tài)。通過(guò)軟件升級(jí)，它在在自主休眠、自主地應(yīng)對(duì)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(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況。

跟此前所有月球車(chē)不同的是，玉兔二號(hào)是首次在月球背面進(jìn)行巡視探測(cè)。針對(duì)任務(wù)面臨的復(fù)雜地形條件、中繼通信新需求、科學(xué)目標(biāo)的實(shí)際需要等因素，玉兔二號(hào)的運(yùn)動(dòng)安全、能源供給、科學(xué)探測(cè)和測(cè)控通信等方面均有著特殊設(shè)計(jì)。

未來(lái)月球車(chē)啥樣？

隨著繼美蘇月球競(jìng)賽后的第二輪探月高潮持續(xù)推進(jìn)，科學(xué)家對(duì)月球車(chē)的新構(gòu)想也五花八門(mén)。

在載人月球車(chē)方面，美國(guó)曾為實(shí)施星座計(jì)劃重返月球，研制了密封式月球車(chē)。航天員坐在車(chē)?yán)铮梢圆淮┡撏夂教旆?。但星座?jì)劃后來(lái)被取消，這種月球車(chē)也不了了之。

國(guó)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(xiǎn)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(duì)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(tái)月球車(chē)都是采用輪式。包括近期發(fā)射計(jì)劃中，印度月船二號(hào)的月球車(chē)、日本女神二號(hào)的月球車(chē)也是如此。但輪式月球車(chē)越野能力不強(qiáng)，適應(yīng)能力較差。有人提出過(guò)腿式巡視器方案，其適應(yīng)能力最強(qiáng)，但效率很低。

因此，一些國(guó)家結(jié)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(jié)構(gòu)與控制也十分復(fù)雜。

2018年9月21日，日本隼鳥(niǎo)2號(hào)把兩臺(tái)跳躍式著陸探測(cè)器投放到龍宮小行星上。龐之浩認(rèn)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(zhǎng)、行駛距離更遠(yuǎn)、環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)、機(jī)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(shè)計(jì)和國(guó)際合作方式，可以滿足更多需求。