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月球車的月球車計劃

1971年7月31日,美國“阿波羅15”號宇航員戴維斯-R-斯科特和詹姆斯-B-歐文進行了人類首次月球車行駛。

美國宇航局推出的21世紀新型月球車。 2008年6月,美國宇航局在華盛頓摩塞斯萊克(Moses Lake)沙漠地區對最新月球車“戰車”(Chariot)進行測試。

月球車是在月球表面行駛並對月球考察和收集分析樣品的專用車輛。在實驗室裏,這個重要角色的學名是“月球探測遠程控制機器人”,公眾已經習慣叫它“月球車”。世界上第壹顆人造 衛星發射成功後,人們便開始了飛向地外天體的準備。然而,在對月球表面探測過程中,采取什麽的運輸工具才有可能在月面上進行實地考察呢?於是,產生了月球車。科學家對經由月球車月面的實地考察所帶回的寶貴資料進行了分析研究,大大深化了人類對月球的認識。

美國宇航局選擇的測試地點與未來要登陸的月球表面地形十分相似,以便檢測月球車、遙控機器人和探月宇航員的新式宇航服等樣品,模擬未來宇航員在月球上的活動中各種設施使用功能。宇航工程專家嘗試未來修建月球基地的“人機配合”活動,由宇航員利用機器人和月球車進行月球基地選址勘測,鋪設太陽能電池板和電纜等。

中國的月球車

哈爾濱工業大學曾制造過壹款“六輪搖臂轉向架式”月球車,上海交通大學也制作過壹款外形炫目的“小蛛行人”月球車,還有中國空間設計研究院牽頭設計的月球車。2005年3月15日,“嫦娥工程”月球應用科學首席科學家歐陽自遠對媒體披露,航天部門已經出臺了“嫦娥工程”用月球車的技術參數和需要完成的科研任務,全國公開競爭,擇優選用。此前,見諸報端的至少有7家高校和科研單位在從事月球車的研制,它們是哈爾濱工業大學、北京航空航天大學、清華大學、中國科學技術大學、航天科技集團第五研究院第502研究所、上海交通大學和國防科技大學,“每家都有絕活”。航天部門掌握的數據還要遠遠超出這個規模,他們手頭上有不低於40輛國產月球車模型的資料。

2007年10月24日,“嫦娥壹號”將由西昌衛星發射基地直入廣寒宮。中國探月工程已進入實施階段。2013年,中國的第壹個軟著陸器將登陸月面。

探月工程開啟了中國深空探測事業的大門。由此開始,壹系列的深空探測器將逐漸進入人們的視野。“月球車”則是其中的首發隊員。

按照中國航天計劃時間表,2013年,12月,“嫦娥三號”會將“玉兔號”月球車送上月球,使其完成月球軟著陸過程,並實施無人登月探測,主要任務是探測月球表面和內部情況。

2013年12月2號淩晨1時30分,嫦娥三號衛星搭載長征三號乙遙二十三運載火箭由西昌衛星發射中心發射升空,直到在月球表面虹灣區軟著陸,嫦娥三號要經歷13天的旅程。

月球軟著陸器通過反推火箭緩沖,在月面上徐徐降落,艙門打開,自動彈出斜梯。月球車緩舒展開蜷縮的身體,調整好姿態,走出艙門,滑下斜梯,開始漫步月球……

被譽為“嫦娥之父”的中國科學院院士、中國月球探測工程首席科學家歐陽自遠曾這樣描述中國月球車將來登臨月球的場景。據悉,我國2013年下半年將發射首個月球著陸探測器——嫦娥三號。

備受外界矚目的是,此次嫦娥三號的發射將搭載壹部由我國自主研制的“中華牌”月球車,並首次實現與月球的零距離接觸。“月球車”全名為“月面巡視探測器”,是集航天系統工程和智能機器人為壹體的航天器,能完成月球探測、考察、收集和分析樣品等復雜任務。

中華牌整裝待發

中華月球車由航天科技集團第五研究院主要負責研制,自重120公斤,可載重20公斤,壽命為3個月,可在月球上3公裏範圍內連續行走10公裏,具有自動避障等功能。

歐陽自遠指出,由於月球表面沒有空氣,因此月球車下降時需要開啟發動機,壹邊落壹邊往上推,慢慢落至距月球4米的位置,熄滅發動機,儀器將采用自由落體的方式,軟著陸在月球上。同時,中華月球車將實現自主導航,並能指揮儀器進行操作,最後把數據傳回地球。月球車底下還裝有測月雷達,將切開月球下面100米深度的地方進行探測。

據專家介紹,中華月球車上有兩個太陽儀,其中壹個可自由旋轉,尋找太陽位置,吸收熱量進行發電;另外壹個則可以蓋在車身上減少熱量散發。中華月球車采用“六輪搖臂式”行走機構,各只輪子可同時適應不同高度,是壹位“爬行高手”。

此外它還有壹條機械臂,能在月壤、月巖中勘探取樣,供現場檢測。同時,中華月球車將太陽能和核能作為能源。由於月球晝夜間隔大約相當於地球上的14天,所以當黑夜降臨時,為防止車載儀器被零下100多攝氏度的低溫凍壞,月球車必須要核電池的能量來保溫,並維持與地面的通訊。而當新的白晝來臨,電池就能重新依靠太陽能工作。

探測入鄉隨俗

月球是壹個無風、無雨、無水、無氣、冷熱劇變的天體,與地球環境截然不同。因此,中華月球車想要順利完成任務,必須為能夠適應那裏的環境做充分的準備。

如月球晝夜溫差大,白晝溫度高達130-150攝氏度,夜間可下降到零下160-180攝氏度,月球車如何能長時間在極端溫度條件下正常工作是壹個難題;月球表面沒有大氣保護,太陽風、太陽耀斑等高能粒子直接輻射到月球表面,會對月球車部分高集成度微電子器件造成損害;月球表面的重力加速度僅為地球表面的1/6,月球車能否在低重力的月球表面完成動作也將是很大的考驗;月球表面的月壤也是影響月球車行駛性能的重要因素。

據了解,整個月球表面覆蓋著壹個松散層,由巖石碎塊,角礫狀巖塊、砂和塵土組成,稱為月壤。由於月壤松軟,因此月球車在上面行駛時很容易打滑。

此外,月球車行走時,月壤細粒也會大量揚起,形成月塵,壹旦附著便很難清除。同時,月塵還可能引起很多故障,包括機械結構卡死、密封機構失效、光學系統靈敏度下降等。

北京航空航天大學的高峰教授,曾參與月球車的前期論證以及地面驗證試驗的研究工作。本報記者采訪了解到,對於中華月球車來說,“過夜喚醒”是個難題,不僅要經受電池的考驗,更重要的是要經受零下160-180攝氏度低溫的考驗。

中科院院士葉叔華也認為,在月球生存的難度不亞於登上月球,因為月球的夜晚溫度低、時間長,可謂“長夜難熬”。

登月穩紮穩打

1970年11月17日,蘇聯“月球17號”探測器登陸月球,釋放了第壹輛真正意義上的月球車。隨後,美國的“阿波羅15號”飛船將人類第壹輛有人駕駛月球車送上月面。1959-1976年期間,蘇聯和美國分別成功發射25顆和24顆無人月球探測器,人類月球探測也隨之達到了第壹個高潮。

1986年7月20日,經歷了10年低潮期後,美國宣布重返月球,蘇聯、歐洲、日本等都組織力量進行研究,紛紛提出了發展計劃。1998年1月6日,隨著美國“月球勘探者”的順利升空,空間探測活動又掀起了新壹輪的浪潮。

歸納起來,人類對月球的探索可分為探月、登月和駐月三大步,即“探、登、駐”。截至2013年,中國正處在第壹階段,即以“探”為主方向,並按照“繞月探測、落月探測、取樣返回”分三小步穩步推進。

據悉,我國正在開展載人登月前期方案論證,已有專家建議我國在2025年或2030年進行載人登月。中國空間技術研究院深空探測室主任賈陽指出,中國在探月“三步走戰略”中所使用的技術將來也可用於載人登月的相關領域。

鏈接:繞、落、回3任務

中國探月工程分為“繞、落、回”三個任務,預計2013年下半年我國將實施“嫦娥三號”發射和落月任務。“繞”,即實施對衛星繞月軌道的控制實驗並對月球表面進行探測;“落”,即將月球探測器在月球表面著陸並對月球進行實地考察;最後壹步“回”,則是在完成對月球的實地考察後,將在月球上采集的實物樣品帶回地球。

“嫦娥壹號”和“嫦娥二號”衛星相繼完成了對月球的環月飛行,標誌著我國探月工程的第壹階段已經完成。

2013年下半年即將發射的“嫦娥三號”將首次實現在地外天體表面無人自動巡視、首次實現(探測器)月夜生存、首次建立覆蓋火星探測範圍的測控通信網、首次自主開展月面就位科學探測。

這壹任務的完成,將為中國的深空探測奠定堅實的基礎。

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