12月14日，身披“银甲”的嫦娥三号巡视器，从容而稳健地从着陆器上“走”下，在月球虹湾区轧下了“中国探月”第一道车辙。自此，承担着月面巡视勘察使命的玉兔号月球车，正式开启了探月之旅。

如果从最早的预研算起，玉兔研制经过了10年的历程。回首十年风雨，它凝聚了科研人员太多的心血，而这些，在玉兔成功巡月时，都得到了最好的回报。

巡视器在外场控制专项试验

团结协作 打造“玉兔”

嫦娥三号巡视器俗称玉兔号月球车，“身材”小巧玲珑，体重只有140公斤，在发射收拢状态，仅为1.5米×1米×1.1米大小。别看玉兔个头不大，它肩负的使命却非常大——代表中国第一次在月面完成“观天、看地、测月”任务。那么，玉兔为什么被设计成现在的模样，又是怎样研制出来的呢？

在探月工程“绕、落、回”三步走计划中，月面巡视是第二步“落”任务中的关键一环，必须依靠月球车完成。在嫦娥三号巡视器正式立项前，多家科研院所以及高校都曾研制过月球车，不时就有月球车的新闻或图片在媒体披露，各家研制的月球车外形与功能也各有千秋。

嫦娥三号探测器总指挥张廷新这样介绍玉兔号月球车：月球车最终的样子是由探月任务决定的。例如，月球车要承担月面勘察的任务，科研人员就设计了多双“眼睛”，包括全景相机、导航相机、避障相机等；为了“看”得更远，就设计了桅杆，上面还安装了与地面联系的通信天线；为了探测月壤成分，就在车上安装了机械臂……月球车由中国航天科技集团公司五院抓总研制，同时也汇聚了八院、中科院、中电集团等多家单位和多所高校的产品与技术，是大协作与高科技的结晶。

说起玉兔，嫦娥三号探测器副总设计师贾阳的言谈中充满了深深的感情，作为巡视器系统的带头人，他在多年研制历程中，和研制人员一起付出了大量的心血。他表示，玉兔可以被理解为一个巡视器，或是一辆六轮全驱的月球车，又或是一个机器人。它由结构机构、热控、遥操作、有效载荷等9个分系统组成，具有小型化、低耗能、高集成等特点。

贾阳比喻说，巡视器本身就是个高智能机器人，其综合电子分系统相当于人的“大脑”，GNC系统相当于是“五官”，热控起到调节“体温”的作用，机械臂是“胳膊”，轮子是“脚”，结构与机构是“骨骼”。

考虑到月面环境的特殊性，研制人员在对美国、前苏联月球车相关资料进行充分调研的基础上，结合我国实际情况，对巡视器进行了精心设计。在最初两年多的预先研究阶段，主要完成了各种不同方案的优选，并研制出了原理样机。

在方案阶段，主要解决了巡视器的移动、导航控制操作、热控、地面试验技术等关键技术；此后是两年初样研制阶段，研制人员通过各种工程模型，开展了不同角度的试验，来验证设计方案是否合理；之后进入正样研究阶段，把设计的巡视器生产出来，并开展试验考核，验证它能不能经受住月面环境考验，是否符合设计初衷；最后，还进行了飞行试验阶段的各种测试。

巡视器进行内场试验

攻坚之路 何其艰难

乘坐阿波罗号登月的航天员在回忆录里，曾这样描述初登月球时的震撼情景：月亮上没有风，月尘扬起后，会长时间悬浮在半空中落不下来。

由于月尘带有静电，容易吸附在巡视器表面或侵蚀巡视器的活动部件，因此防尘密封圈就变得格外重要。别看密封圈小，研制人员足足花费了两年的时间才找到合适的配方。他们对设计出来的每一种配方都进行了高温压缩永久变形测试、压缩耐寒系数测试、耐热空气老化测试等多项测试，通过数十次试验，终于确定了配方。由于月尘的直径不足1毫米，甚至只有几微米，因此必须把密封圈的尺寸做到恰到好处，松了月尘就会进入，紧了就会被磨损，这对工艺与制作能力都提出了苛刻的要求。

仅仅一个小小的密封圈，就让研制人员费尽周折地研究了多年，月球车的研制难度便可想而知了。

贾阳介绍，巡视器研制特点可概括为四新、两多、两难、一紧，分别指新环境、新平台、新载荷、新模式，新技术多和配套单位多，地面验证难和减重难，时间紧。同时，研制人员还对多项关键技术进行了突破，包括月面巡视技术、月夜生存技术、测控通信技术、综合电子技术、月球探测科学及仪器技术等，每一项技术的攻克都是一次创新，也都让技术人员煞费苦心。

由于资源、重量、能源的约束，研制人员在系统集成方面付出了大量心血，在机构的功能复用、电子设备的集成，尤其是在弱电设备最大化集成上，都做了大量的工作。例如，在综合电子分系统中，研制人员把数据管理、导航控制、机构控制、热控管理、火工品管理、二次电源管理等分属在不同分系统中的控制做了最大化集成，集中于十几块电路板上，装入一个盒子内，总重量只有十几公斤。综合电子分系统可完成运动控制、热控管理、火工品管理和二次电源变换等，还可实现地面上行信息处理和将月面信息编码后下传等，实现了电子设备轻小型化集成。

811所副所长钱斌及五院总体部热控分系统主任设计师向艳超介绍说，以往设计的太阳翼大多只承担为飞行器供电的任务，而为玉兔设计的太阳翼却有多种功能。由于玉兔在月球处于极热极寒环境。太阳翼除了在月昼时吸收太阳能，为月球车提供电能外，月夜时，它会重新合起来充当“被子”，为装在“腹部”的仪器设备保温；中午阳光太强烈、温度太高时，它还能立起来，起到遮阳的作用。

在热控方面，研制人员成功研制了两相流体回路，利用同位素的热能，通过两相流体回路传输，确保月球车平稳度过月夜，而这是过去空间飞行器研制中前所未有的，也标志着热控技术提高到了一个新的水平，促进了我国深空探测技术的发展。

移动分系统在模拟月面测试

月面巡视 进退自如

在长达十多天的地月旅程中，月球车与着陆器一直“绑定”在一起，在月球着陆后，月球车如何安全落月，又如何安全行驶呢？这就要靠由八院研制的移动分系统了。

月球车移动分系统由6个车轮、6个行进驱动机构、4个转向驱动机构、左右摇臂悬架和差动机构等组成。805所副所长肖余之介绍说：“当着陆器降落在月球表面后，月球车将依托两根悬梯导轨驶下着陆器。然而，让月球车平稳落月并不是一件容易的事，着陆器一旦着陆在崎岖的高地，或是月尘厚度、松软度不均匀的地方，月球车就会在同一平面内随着陆器倾斜。就算降落在平面上，释放悬梯导轨的过程中，万一月球车车轮滑动，后果同样不堪设想。”

为提高月球车的静态稳定性，设计师们联合攻关，从车轮的棘爪入手，经过反复的论证和试验，使车轮棘爪与导轨悬梯上的棘齿咬合，再将“DSP+FPGA”的架构设计和模块化电机驱动设计引入，提高了控制的精度，确保导轨释放过程中车轮零转速，使月球车稳稳地停在导轨上。

月球车除了能够前进、后退、转向、制动外，还需要会越障和过坑。月球表面干燥、松软的月壤承载能力较低，月面形貌复杂，一旦出现车轮打滑、下陷的情况怎么办？好莱坞大片中经常可以看到汽车越障的画面，如果汽车的一边轮胎被较高障碍物抬高，整车就会倾斜，被抬高一侧的轮胎均会离开地面。

为了保证月球车的行驶和越障能力，月球车移动分系统采取了主副摇臂加差动机构的悬架设计、六轮独立行进驱动、四轮独立转向的构型方案，如果单侧某一车轮越过200毫米高的障碍时，月球车能在差动机构和摇臂作用下被动适应月面地形，保证月球车所有车轮均与月面接触，且整车抬起姿态相比一般汽车减小一半。即使行进间某个轮子被卡住，其他独立驱动的车轮也能帮助月球车摆脱陷阱，继续工作。

移动分系统主任设计师肖杰介绍，为了确保月球车能够在月面正常工作，设计师们做了大量的验证试验，仅移动分系统能力件模拟月壤场地极限能力试验行驶里程就累计超过20公里，总爬坡次数超过700次，总越障次数700余次。这一切，都提高了月球车的安全系数。

研制月球车车轮

巧做车轮 轻过童车

车轮是月球车移动分系统的重要组成部分，也是月面巡视成功的重要保障。805所胡震宇介绍说：“目前国内外探测器车轮主要有刚性车轮、弹性轮、变形轮和充气轮这几类。嫦娥三号月球车采用了抓地性能良好、重量轻、编织工艺精湛的筛网轮，事实证明，我们的轮子经受住了考验。”

月球车筛网轮由轮毂、钛合金编织筛网和耐磨的铝基复合材料棘爪等组成，直径300毫米，宽度150毫米，重量仅735克，比婴儿车的车轮还轻。其实，月球车最初采用的是实体轮方案，但考虑到减重、对松软月壤适应性以及行驶稳定性的需求。研制人员集智攻关拿出了筛网轮结构形式的方案，再通过仿真和试验的手段，对车轮结构尺寸、构型进行了优化，并且设计了不同的车轮直径、车轮宽度、棘爪高度、棘爪数量、筛网面网孔大小等参数的多个车轮，通过几千次的车轮台架试验，最终得出了最优车轮构型，就是玉兔的筛网轮。

筛网轮以非常轻的重量实现了在松软月面的良好通过性，得到了业内的一致认可。有人曾提出过这样的疑问：细细的金属丝如何应对月面石块，网状的车轮会不会深深地陷入松软的月壤？这种构型的轮子能经受住月面恶劣环境的考验吗？

肖杰介绍说：“月球车通过了大量的地面试验考核，包括20公里的车轮寿命试验，几万个试验数据证明我们的选择是正确的。同时，我们还联合了国内高校和车辆研制单位，论证并优化了筛网轮方案，测试了筛网轮的挂钩牵引性能、承载能力、抗下陷能力等。”

相对于实体轮，空间曲面构型的筛网制作工艺是非常复杂的，其轮面的钛合金编织筛网是由0.6毫米的钛合金丝编织而成，而且每一个网孔均匀整齐。以前，设计师和工人都没有接触过这种工艺，第一个车轮历经了一个月才编织完成，设计师和工人的手上都贴满了创可贴，在不断的摸索中总结提炼了新的编织工艺。现在，工人师傅只需要3天就能娴熟地完成一个轮面的编织了。

此外，筛网轮的棘爪也大有学问，它可以提高轮子的抓地能力，避免车轮在松软月壤环境下出现打滑和下陷的状况。棘爪与悬梯导轨上的棘齿紧紧咬合，还能增强两器释放分离过程中的静态稳定性，每一个看似很小的设计都凝聚了研制人员的智慧和精益求精的精神。

月宫“苦战” “望舒”留情

“这几张拍蜥蜴的摄影作品都获了奖。”贾阳在介绍月球车测试历程时，一边翻着照片，一边讲述着试验队在西北沙漠地区做外场试验时，举办摄影比赛的情景。在漫无边际的西北大沙漠里，这可能是试验队员唯一能拍到的动物。

作为我国第一辆月球车，玉兔所执行的任务是不可逆的，也是无经验可循的，而月面环境的恶劣与不可预测性又增加了任务的难度和风险。为了确保任务顺利完成，研制人员想尽办法模拟月球表面的环境，硬是造出了一个“月宫”，对月球车的移动性能、适应性以及天地控制回路等反复地试验验证。

然而，仿造“月宫”可不是一个简单的工程。仅仿真月壤就让研制人员几乎翻遍了国内外所有有关月球的资料。他们还走遍了全国各地，对多处火山灰取样分析，找出最接近月壤特性的灰质。最后决定选用吉林靖宇县龙湾火山群的火山灰，按照月壤颗粒的直径，配置了4种工程模拟月壤。

在“月宫”内，研制人员铺上几十厘米厚的模拟月壤，还特意在上面铺石块、刨坑、构造坡度等，然后让月球车在上面行走，并借助六分之一重力吊索，实现了低重力环境下月球车重量的减轻。

由于仿制的月壤轻且疏松，月球车车轮在上面行走时，整个场内都弥漫着灰尘。夏季做试验时更难熬，室内温度可达到五六十度，粘在试验队员身上的灰尘与汗水混在一起，变成了泥糊糊。就是在这样的试验环境下，研制人员不分昼夜对月球车进行了成千上万次的测试。

为了测试月球车在极热极寒环境下的各项性能，研制人员将月球车放在巨大的测试罐中，用液氮把温度降低到-180度以下;又通过加热，把温度提升到120度以上，以确保月球车性能能在月昼与月夜环境下满足要求。针对裸露的设备，研制人员还用气氦把测试温度降低到-215度，进行测试。

然而，内场试验的完成并不代表万事大吉。为了验证月球车在不可控环境下天地控制回路和地面遥操作性能，研制人员行程万里，历时数月，踏遍了新疆、青海、甘肃等几乎所有可能的地点，最后选择在西北沙漠里进行了外场试验。队员们把那里取名为“望舒”村。“望舒”二字语出自屈原的《楚辞·离骚》，意为为月亮驾车的女神，而试验队员们正是为月亮造车、驾车的人。

试验队员就是在那里开启了长达数月的沙漠之旅，获奖的蜥蜴摄影作品就是在那里拍摄的，而那里唯一能看到的“土著”恐怕就只有蜥蜴和骆驼刺了。

试验队员们住在临时搭建的简易板房内，房门外便是漫无边际的沙漠，他们形象地比喻说：“沙漠中的营地就好像是海上的威尼斯，迈出房门便无处落脚。”就是在这样的环境里，试验队抓紧一切时间抢进度，与恶劣天气抢时间。

沙漠里，“早穿棉袄午穿纱”。清晨，气温会降至零度，试验队员只好严严实实包裹着赶往试验场。到了中午，沙砾在烈日的烘烤下散发出热气，试验队员穿着短袖还是汗流浃背，而强烈的紫外线光照又迫使他们不得不戴着防紫外线面罩、遮阳帽和墨镜。一旦遇上沙尘暴，十几级的风卷着沙土铺天盖地袭来，人根本出不了门。沙暴过后，迎风面已看不见那条仅有的水泥小道，“家具”仿佛都成了出土文物。

当回忆起那段艰辛的试验历程时，贾阳深吸一口气道：“我们的队员真的很不容易！”一句话，道出了成功背后血汗交融的酸甜苦辣。（许斌 贺喜梅 胡安安 文 范晴云 张卫华 余朦 摄影）