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国外月球车一瞥

     来源:国家航天局  发布时间:2013-11-28

人类对月球探测科学内涵的认识正在不断扩展,未来的月球探索不仅要发射大量的轨道器对月球进行普查,还要进行更多的月面活动,对月球进行详查。所以,使用月球车对月面某一区域进行探测变得十分重要。

月球车的种类和功能

月球车是进行月球表面探测的重要工具之一。按照探测方式,月球车一般分为两类:一类是无人驾驶的月球探测车,它由轮式底盘和仪器舱组成,载有多种科学探测设备,用太阳能电池和蓄电池联合供电,靠地面遥控指令或自主控制在月面进行巡视探测,所以也可称为月球机器人。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。

至今,国外一共发射过5辆月球车,即用于在月面进行无人巡视探测的苏联月球车-1和2(分别由月球-17、21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-15、16和17载人登月飞船带到月面)。

在技术上,月球车要能适应月球辐射强、低重力、路况复杂、温差很大等不利条件,可前进、后退、转弯、爬坡、取物、采样和翻转,并具有自主工作能力(具有初级人工智能,例如识别、爬越或绕过障碍物等)。

月球车可拍摄月面高分辨率图像;勘查月球的物质成分和资源;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。

苏联的月球车

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月球-17和21月球探测器。其着陆器质量约1080千克,着陆机构为4个腿式缓冲着陆架,携带了着陆雷达、姿态控制系统、推力可调的发动机系统、陀螺、探测温度和辐射的仪器等。月球-17在月球雨海软着陆,月球-21在月球默尼环形山软着陆。

月球-17和21月球探测器分别携带的月球车-1、2基本相同,都装有8个轮子,行驶速度为1?2千米/小时,可翻越30°的斜坡,电源采用太阳电池阵列加蓄电池,在月夜期间,通过钋-210放射性同位元素加热器保温。

月球车-1拍摄了2万多张照片,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8万平方米。此外,它还收集了大量月面辐射数据。月球车-2拍摄发回了86张全景照片、8万多张电视图片。

美国的月球车

1971年7月?1972年12月,美国先后发射了阿波罗-15、16、17载人登月飞船,它们各自装有一辆折叠式载人月球车。在这3次“阿波罗”任务中,每辆月球车在3天时间内进行3次行驶,每天行驶1次。它们基本相同,均可在月面低重力、真空环境中行驶,能够在月球表面行驶,以扩大航天员的舱外活动范围。

该车重约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),银锌氢氧化钾一次性电池,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。航天员坐在里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,并把激动人心的彩色图像传回地面。

阿波罗-15的月球车总共行驶了27.76千米,总时间为3小时零2分,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-16的月球车总共行驶了26.55千米,总时间为3小时26分,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-17的月球车总共行驶了35.89千米,总时间为4小时26分,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。其中,在阿波罗-17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。

月球车的前景

月球机器人可采用腿式、轮式和履带式,其中轮式具有运动速度快的优点,效率最高,所以已发射的5辆月球车都为轮式,但轮式越野性能不太强,适应能力最差;而腿式的适应能力最强,但其效率最低。不过,随着月球车多采用6轮摇臂-转向架式悬挂系统底盘结构,轮式月球车的越野能力可大大增强,能与腿式月球机器人相媲美。

此外,结合腿式和轮式月球车的优点,一些国家也在研制轮-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。

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向发展,并具有重量和尺寸最小化、有效地利用和传输能源、机动能力更强、航天员安全性更高、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。

(作者为《国际太空》杂志主编庞之浩)