专家讲述:揭开“玉兔号”月球车的神秘面纱

  • 名称:“玉兔号”月球车
  • 发射日期:计划2013年12月上旬
  • 关注度:(4分)

  刘暾介绍,月球车在月面“行走”时风险重重,车轮掀起的月壤细粒会大量扬起,形成月尘,一旦附着将很难清除。月尘可能引起月球车很多故障,包括机械结构卡死、密封机构失效、光学系统灵敏度下降等。月球车的车轮形状和材质成为一个很重要的解决月尘的关键点。为了确认哪种车轮的构型更适应月球环境,哪种材质更适合月球表面的环境,科研人员进行了几千次的实验。

“玉兔号”月球车中国图片 1

  “玉兔号”是从40多个月球车中“脱颖而出”的

  嫦娥三号月球车设计质量140千克,以太阳能为能源,能够耐受月球表面真空、强辐射、摄氏零下180度到零上150度极限温度等极端环境。月球车具备20度爬坡、20厘米越障能力,并配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器。

  “严格来说,月球没有水,没有空气,也谈不上美”,焦维新说,在绘图时一般习惯把平坦的地方绘上蓝色,高一点的地方绘上黄色,再高一点的绘上红色,月球虹湾区整体低洼平坦,用常规方法绘出来就是一个美丽的海湾,“有点像我们的渤海湾”。

结构特点

“玉兔号”的样机,呈长方形盒状,长1.5米,宽1米,高1.1米,周身金光闪闪,耀眼夺目。黄金甲”是为了反射月球白昼的强光,降低昼夜温差,同时阻挡宇宙中各种高能粒子的辐射,支持和保护月球车的腹中“秘器”——红外成像光谱仪、激光点阵器等10多套科学探测仪器。肩部有两片可以打开的太阳能电池帆板,她的腿部是六个轮状的移动装置,“玉兔号”对“车轮”要求极高。研制中,科研人员曾拿出四轮、六轮、八轮以及履带式等几十种方案。最终,确定为“六轮独立驱动,四轮独立转向”的方案。“玉兔号”上装有一个地月对话通讯天线;头顶的导航相机与前后方的避障相机;负责钻孔、研磨和采样的机械臂。

中国探月工程总设计师吴伟仁说:“玉兔号”实现了全部“中国制造”,国产率达到100%。

  北京大学地球与空间科学学院教授、中国空间科学学会空间探测专业委员会副主任焦维新表示,距离上次月球车登月已过去近40年,电子设备、探测仪器都非当年可比,无论是材料、驱动系统的选择还是探测仪器,过去都不可能有。因此,中国的月球车比之前的先进是肯定的,尽管某些方面不是当今世界上最先进的,但肯定不会是上世纪70年代的重复。

结构特点使用情况

  12月2日凌晨,中国在西昌卫星发射中心成功将肩负首次登月任务的探测器“嫦娥三号”送入轨道。由着陆器和“玉兔号”月球车组成的“嫦娥三号”,预计于12月中旬在月球虹湾区软着陆。吴伟仁说,在月球实现软着陆是“嫦娥三号”探月任务中最难的一环。

  玉兔号,中国首辆月球车的官方名称,2013年11月26日上午9时,国防科工局新闻发布会宣布,肩负“落月”重担的“嫦娥三号”任务,运载火箭和探测器已转入西昌卫星发射中心发射现场。我国首辆月球车——嫦娥三号巡视器定名为“玉兔号”。

  月球车,学名“月面巡视探测器”,是一种能够在月球表面行驶并完成月球探测、考察、收集和分析样品等复杂任务的专用车辆。

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  庞之浩介绍,之所以选择在虹湾区落月,是出于多种综合因素的考虑:一是这里比较平坦,落月比较安全;二是美苏的探测主要集中在月球赤道附近,虹湾仍是月球研究的空白,探测该区域非常有科学价值;三是能实现正面直接测控通讯;四是太阳光照较好,能保证探测器的太阳能电池板正常工作。

使用情况

“嫦娥三号”任务作为探月工程二期主任务,将完成三大工程目标和三类科学探测任务。

三大工程目标包括:一是突破月面软着陆、月面巡视勘察、深空测控通信与遥操作、深空探测运载火箭发射等关键技术,提升航天技术水平;二是研制月面软着陆探测器和巡视探测器,建立地面深空站,获得包括运载火箭、月球探测器、发射场、深空测控站、地面应用等在内的功能模块,具备月面软着陆探测的基本能力;三是建立月球探测航天工程基本体系,形成重大项目实施的科学有效的工程方法。

三类科学探测任务:一是月表形貌与地质构造调查;二是月表物质成分和可利用资源调查;三是地球等离子体层探测和月基光学天文观测。

  “玉兔号”以太阳能为能源,具备20度爬坡、20厘米越障能力,并配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器。

  整整10年时间,一大批科研人员完成了这辆能够耐受月表真空、强辐射和高温差等极端环境的月球车。中国探月工程总设计师吴伟仁说,“玉兔号”实现了全部“中国制造”,国产率达到100%。

  中国探月工程副总指挥李本正11月26日宣布,我国首辆月球车——“嫦娥三号”巡视器全球征名活动结束,月球车命名“玉兔号”。“玉兔号”既体现了中华民族的传统文化,又反映了我国和平利用太空的宗旨。传说中,当年嫦娥怀抱玉兔奔月,玉兔善良、纯洁、敏捷的形象与月球车的构造、使命既形似又神似。

  “玉兔号”月球车重约140千克,呈长方形盒状,长1.5米,宽1米,高1.1米,周身金光闪闪,有6个轮子,由移动、导航控制、电源、热控、结构与机构、综合电子、测控数传、有效载荷8个分系统组成,业内人士形象地称之为“八仙过海,各显神通”。月球车副主任设计师魏然用4句话形容它:肩插“太阳翼”,脚踩“风火轮”,身披“黄金甲”,腹中“秘器”多。

  中国的“玉兔号”月球车是无人驾驶月球车,与苏联的月球车相比是“小个子”,“小而精,能完成任务就行了,也节约成本。”庞之浩说。

  除了表面用筛网,轮子每隔一段就会有一个锯齿形的结构,叫做棘爪,就像是兔爪上的指甲。月球上本没有路,这些尖利的小爪子能够帮助“玉兔号”稳稳地抓住月面,跨过沟沟坎坎。

  据中国月球探测车的先驱者、哈尔滨工业大学81岁教授刘暾介绍,作为中国首辆月球车,其关键技术有2项是由哈工大科研人员研制的,包括温度调控系统技术和车轮构型、材质设计技术。“玉兔号”月球车实现了全部“中国制造”,国产率达100%。其中月球车温度调控系统是哈工大的一项领先世界的先进技术。为适应极端环境,“玉兔号”月球车热控分系统利用导热流体回路、隔热组件、散热面设计、电加热器、同位素热源,可耐受摄氏零下180度至零上150度的极限温度。工作时的舱内温度可以控制在摄氏零下20度至零上50度之间。

  遇到地面不平的情况时,“玉兔号”会通过摇臂调整重心。如果遇到较大的坡,它就会绕过去。全程参与“玉兔号”研制的主任设计师肖杰说,“玉兔号”有4只“眼睛”,分别是全景相机和导航相机。通过相机“观察”周围环境,对月面障碍进行感知和识别,然后对巡视的路径进行规划。遇到超过20度的斜坡、高于20厘米的石块或直径大于2米的撞击坑,月球车能够自主判断并安全避让。

  法国《阿尔萨斯最新消息》报说,中国成功发射入轨的“嫦娥三号”探测器正携带“玉兔”奔向月球。此次任务标志着中国雄心勃勃的太空计划迈出了关键一步。中国正努力实现其首次月面软着陆,以期成为继美国和苏联之后第三个成功接受这一挑战的国家。法国新闻广播电台指出:“中国‘玉兔’月球车起飞了,它将在未来几个月探测一个我们从未涉足的区域——月海虹湾。中国在实现征服太空的抱负方面正跨越一个重要阶段。”

  尽管整体来讲虹湾地区比较平坦,但月球表面千万年来经历陨石撞击,遍布大大小小的陨石坑和石块。为了避免在月球上“摔跤”或“崴脚”,“玉兔号”月球车有6个特制的轮子,而且移动很慢——每小时最多走200米。

  “玉兔号”着陆地点为何选在虹湾区?

  中外月球车有何不同?

  外媒对“玉兔”行走月球甚是期待

  “静若处子,动若脱兔。”有限的时间,意味着“玉兔号”月球车的工作必须是高效的——依靠各种先进设备,对月表进行三维光学成像、红外光谱分析,开展月壤厚度和结构科学探测,对月表物质主要元素进行现场分析,等等。

  “着陆器通过反推发动机缓冲,在月面上徐徐降落,舱门打开,弹出斜梯。月球车缓缓舒展蜷缩的身体,调整好姿态,走出舱门,滑下斜梯,开始漫步月球……”中国科学院院士、探月工程高级顾问欧阳自远这样描述“玉兔号”月球车登临月球的场景。

  “这个轮子学名叫做筛网轮,能够尽可能减轻重量。另外,这个车轮在设计上必须要有很大的接触面积,摩擦系数也要很大,这样它在月面才不会陷进去,也不容易打滑。”“嫦娥三号”探测器系统专家曾令斌说。庞之浩介绍,由于轮子是网状的,所以一边行驶一边可以把沙子漏掉。

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