揭秘中国首辆月球车：耐300度温差 自主避让障碍

　　中新网11月26日电据中国军网记者频道报道，“嫦娥”怀抱“玉兔”，飞天奔向月宫……中华民族这个古老美丽的神话传说，如今即将成为现实。

　　11月26日，国防科工局宣布，肩负落月重任的嫦娥三号计划12月上旬择机发射，备受瞩目的中国首辆月球车——嫦娥三号巡视器，正式定名“玉兔号”。

　　浩瀚苍穹，璀璨群星，又将见证属于中国的“太空大片”。这部大片的主角——“玉兔号”月球车，将实现中国人与月球首次“零距离接触”的梦想。

　　那么，现实版“玉兔”究竟啥模样？如何进行探月之旅？又会完成哪些科学任务？嫦娥三号任务序幕徐徐开启之际，本报记者带您一探究竟，揭开中国首辆月球车的神秘面纱。

　　相貌很威武——

　　体重140公斤，周身金光闪闪，能“眼观六路”“耳听八方”

　　“玉兔号”，这个可爱的名字，让人不禁对中国首辆月球车遐想翩翩。

　　第一眼见到“玉兔号”的样机，记者脑海中蹦出两个字：威武！

　　“从外观看，样机与真机一模一样。”副主任设计师魏然用4句话来形容这个140公斤重的“宝贝疙瘩”：肩插“太阳翼”，脚踩“风火轮”，身披“黄金甲”，腹中“秘器”多。

　　细细端详，果不其然——

　　“身材”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。她的肩部有两片可以打开的太阳能电池帆板，好似“黄金甲”上的披风。她的腿部是六个轮状的移动装置，好似哪吒脚下的“风火轮”。

　　此外，她还有一个长长的“耳朵”——地月对话通讯天线；4只敏锐的“眼睛”——头顶的导航相机与前后方的避障相机；一只灵巧的“胳膊”——负责钻孔、研磨和采样的机械臂……

　　魏然介绍，身披“黄金甲”，目的不是为好看，而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。所有这一切，都是为了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。

　　“‘玉兔号’是一台长着轮子、能适应恶劣环境并开展科学探测的航天器，一个智能化、低功耗、高集成的机器人，一位承载华夏儿女探月梦想的巡视者。”谈起中国首辆月球车，航天科技集团公司宇航部部长赵小津如是说。

　  工艺很苛刻——

　　每个部件“锱铢必较”，全部实现“中国制造”，国产率达100%

　　“玉兔”的相貌超乎想象，建造之难也超乎想象。

　　从技术难度上来看，“玉兔号”堪称我国史上最难造的“车辆”——因为每一个环节，差不多都是一项技术创新。

　　从制造工艺上来讲，“玉兔号”堪称我国史上最严苛的“车辆”——因为每一个部件都“锱铢必较”，超重5克以上要报总设计师批准。

　　从零起步，满目空白。整整10年时间，一大批科研人员倾尽心血，完成了这个由移动、电源、热控等8个分系统组成的“杰作”——能够耐受月表真空、强辐射和高温差等极端环境的月球车。

　　试举一例，为了适应月球恶劣“路况”，“玉兔号”对“车轮”要求极高。仅此一项攻关，科研人员就绞尽脑汁。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，“六轮独立驱动，四轮独立转向”的方案，凭借高可靠和低重量的完美结合一举胜出。

　　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%。

　　本领很高强——

　　具备20度爬坡、20厘米越障能力，可耐受300摄氏度温差

　　仰望夜空，明媚的月亮婀娜温情。然而，月亮之上，却没有想象中的浪漫。无风、无雨、无空气，而且冷热剧变，这就是真实的月面环境。

　　“月球重力是地球的六分之一，表面土壤非常松软，凹凸不平，有石块、有陨石坑，还有陡峭的高坡。在这种环境中，月球车既不能打滑，更不能翻车。”全程参与研制的主任设计师肖杰说。

　　想要克服这些困难，“玉兔号”必须具备“眼观六路、耳听八方”“独立思考、自主判断”的本领。

　　肖杰介绍，“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，能够自主判断安全避让。

　　月球车在月面“行走”风险重重，月壤细粒会大量扬起，形成月尘，一旦附着很难清除。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。

　　在月表形貌综合模拟试验控制室，记者看到一片高低起伏的绵软“沙子”。为模拟月球环境，科研人员特地从长白山运回与月球表面物质成分相近的火山灰，并通过钢丝吊挂月球车，模拟微重力环境。

　　“我们试验了几千次，就是为了确认哪种车轮的构型更适应月球环境。”肖杰说，“‘玉兔号’在月面巡视时采取自主导航和地面遥控的组合模式，不仅可以自主前进、转弯、后退，还可以原地打转、横向侧摆，确保在危机四伏的月面上畅行无阻。”

　　此外，月球昼夜温差非常大，白昼时温度高达150摄氏度，黑夜时低至零下180摄氏度。为适应极端环境，“玉兔号”月球车利用导热流体回路、隔热组件、散热面设计、电加热器、同位素热源，可耐受300摄氏度的温差。

　　作息很规律——

　　日出而作，日入而息，一觉14天，白天需午休，寿命3个月

　　“休息，是为了更好地工作。”这句名言用在“玉兔号”身上，显得非常贴切。

　　众所周知，月球绕地球转一圈需要28天多，月球自转也是28天。这意味着，月球上的一昼夜相当于地球上的28天。

　　“古人把月亮称为广寒宫，一点都不假。月面夜间最低温度可以降至零下180摄氏度，电子设备根本无法工作。”探月工程副总指挥、探月与航天工程中心主任李本正说，“更要命的是，月球上的一晚上相当于地球上的14天，可谓‘长夜漫漫真难熬’！”

　　为此，科研人员为“玉兔号”精心设计了休眠模式——14天工作，14天“睡觉”。

　　该“睡觉”的时候自动进入休眠状态养精蓄锐，该“起床”的时候又能自动唤醒重新投入工作。这种“日出而作，日入而息”的规律作息，极大地增强了“玉兔号”适应月表恶劣环境的生存能力。

　　经历极低温度后，“月夜唤醒”是一个难题。科研人员为月球车设计了可伸缩的太阳能电池帆板，白天工作时展开，夜晚则收起来，将仪器设备包在里面。这种“包裹式睡眠”，有助于保护各种仪器不被冻坏，确保月球车有剩余电力“自主醒来”，重新展开太阳能电池帆板迎接阳光。

　　对于一些特别娇嫩的设备，车内还专门准备了“暖宝”——核电池。资料显示，核电池提供电能时间非常长，一个硬币大小的核电池，就可以使用5000年。这项技术如能成功，将使我国成为继美俄之后，世界上第三个将核动力应用于太空探测的国家。

　　“不仅气温低时要睡觉，气温高时也要小憩。”测控系统主任设计师张波介绍，“白天时，‘玉兔号’月球车的太阳能电池帆板还要调整角度，避免被阳光照射得太热。最热的月午，月球车还要进行‘午休’。”

　　张波告诉记者，“玉兔号”月球车设计寿命3个月，这意味着她要经历3个月球白天和3个月球黑夜。所有的工作，要在月球时间的“上午”和“下午”完成。

　　工作很高效——

　　承担数十项科学探测任务，“零距离”接触38万公里外神秘月亮

　　“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。

　　“此前，‘玉兔号’月球车由着陆器背负，通过光学、微波等敏感器测量，在月球上空悬停、平移、避障，选择最佳着陆点安全降落月球表面。”欧阳自远说，“在这个过程中，着陆器将采取路径优、燃料省、误差小的模式实现安全着陆。”

　　欧阳自远说，“玉兔号”月球车堪称一款非常聪明的机器人，依靠自主导航，选路线、上下坡、避障碍，走走停停，边走边“看”，并把探测到的数据自动传回地球，帮助人类更加直接、更加准确地了解38万公里外神秘美丽的月亮。

　　据介绍，“玉兔号”月球车底部安装了一台测月雷达，可发射雷达波探测二三十米厚的月球土壤结构，还可以对月球下面100米深的地方进行探测。“这是世界上其他国家从来没有做过的事情。”欧阳自远说。

　　“静若处子，动若脱兔。”有限的时间，迫使“玉兔号”月球车高效工作——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。

　　“嫦娥”即将启程奔月，祝福“玉兔”一路精彩！

　　“玉兔号”月球车8个分系统——

　　“八仙过海，各显神通”

　　“玉兔号”月球车由移动、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，业内人士形象称之为“八仙过海，各显神通”。

　　★移动分系统：采用轮式、摇臂悬架方案，具备前进、后退、原地转向、行进间转向、20度爬坡、20厘米越障能力；

　　★导航控制分系统：携带有相机及大量传感器，在得知周围环境、自身姿态、位置等信息后，可通过地面或车内装置，确定速度、规划路径、紧急避障、控制运动、监测安全；

　　★电源分系统：由两个太阳电池阵、一组锂离子电池组、休眠唤醒模块、电源控制器组成，利用太阳能为车上仪器和设备提供电源；

　　★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，可使月球车工作时舱内温度控制在+55℃～-20℃之间；

　　★结构与机构分系统：由结构和太阳翼机械部分、桅杆、机械臂构成，主要为各种仪器、设备、有效载荷提供工作平台；

　　★综合电子分系统：将中心计算机、驱动模块、处理模块等集中一体化，采用实时操作系统，实现遥测遥控、数据管理、导航控制、移动与机构的驱动控制等功能；

　　★测控数传分系统：保证月球车与地球38.4万公里的通信以及与着陆器之间的通信；

　　★有效载荷分系统：月球车配备的科学探测仪器，包括全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等。

　　月球车史话

　　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。

　　★世界首台无人驾驶月球车

　　1970年11月17日，世界上第一台无人驾驶的月球车由前苏联发射的月球17号探测器送上月球。在月面“雨海”地区着陆后，它行驶了10.5公里，进行了10个半月的科学探测，考察了8万平方米的月面，直至携带的能源耗尽，于1971年10月4日停止工作。

　　★世界首台有人驾驶月球车

　　1971年7月31日，“阿波罗15号”登上月球“雨海”地区的第二天，宇航员斯科特和欧文进行了航天史上首次有人驾驶的月球车行驶。两名宇航员驾驶4轮月球车，在崎岖不平的月球表面行驶了27.9公里，收集了77公斤月岩样品，之后返回登月舱。

　　★未来月球车发展趋势

　　随着科学技术不断发展，人类重返月球的热潮兴起，新一代月球车也将出现。从今天人类的交通工具，可以想象未来月球车的模样——单人乘坐的月球摩托，双座多用途的月球车，客货两用的月球车，月球的拖挂车，月面轨道巴士，等等。乘坐不同的月球车，人类将实现漫游月球的梦想。(记者张晓祺、柳刚特约记者成子龙)