“玉兔”與國外“同行”們有何不同？未來月球車可能是這樣的……
2月28日10時(shí)51分，玉兔二號月球車從休眠中醒來，目前已經(jīng)按計(jì)劃開始了第三月晝的工作。
全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩向科技日報(bào)記者介紹，迄今為止，全世界共發(fā)射了7臺月球車，包括無人駕駛和有人駕駛兩種。
我國的嫦娥三號、四號探測器，分別釋放了玉兔號和玉兔二號月球車。均為無人駕駛。與國外“同行”相比，它們身材玲瓏，體重也更輕。此外還有哪些區(qū)別？咱們來盤點(diǎn)盤點(diǎn)。
無人月球車對環(huán)境適應(yīng)力要求高
1970年11月10日，蘇聯(lián)發(fā)射月球17號探測器。它在雨海地區(qū)軟著陸，釋放了一臺無人駕駛月球車——月球車一號。
蘇聯(lián)月球車1號
龐之浩說，無人月球車要攜帶科學(xué)探測儀器在月面巡視探測，并把探測數(shù)據(jù)傳送回地球，相當(dāng)于是一種能夠在月球移動并完成探測任務(wù)的機(jī)器人。完成任務(wù)的前提，是它先要能適應(yīng)月球的環(huán)境。
眾所周知，月球環(huán)境十分惡劣。除了晝夜溫差超過300攝氏度、輻射強(qiáng)，對于月球車而言，低重力和松軟的月壤會降低行進(jìn)效率，崎嶇不平的地面也會帶來不少麻煩。這對它們適應(yīng)月球環(huán)境的能力提出了很高要求。此外，無人月球車還需具備一定自主工作能力，能識別、爬越或繞過障礙物。
月球車一號長2.13米，重756公斤，有8個(gè)輪子，每小時(shí)能行駛1至2公里，可以爬上30度的坡。它在月面行駛了10.5公里，利用4臺攝像機(jī)，以及月壤探測器、X射線光譜儀、X射線望遠(yuǎn)鏡、宇宙射線探測器和激光設(shè)備等科學(xué)儀器工作了10個(gè)月，然后能源不足，“退休”了。
1973年1月8日，蘇聯(lián)的月球21號探測器發(fā)射，落在默尼環(huán)形山，并帶去了月球車二號。它的外形與月球車一號基本相同，但重了80多公斤，而且在結(jié)構(gòu)上得到了改進(jìn)，移動速度有所提高，攝像性能更好，活動范圍也大幅增加。月球車二號在月面工作了4個(gè)月，行駛了37公里。
載人月球車會受月塵影響
1971年7月至1972年12月，美國發(fā)射了阿波羅十五號、十六號和十七號載人飛船，它們各裝有一輛折疊式載人月球車，以擴(kuò)大航天員的艙外活動范圍。
阿波羅15號月球車
這三臺月球車基本相同，都是長3米，重約210公斤，4個(gè)車輪各由一臺發(fā)動機(jī)驅(qū)動，最高時(shí)速可達(dá)16千米，能攜帶約490公斤的有效載荷。每臺車上裝有2個(gè)并排的可折疊座位，航天員可以通過座位間的T形控制器來駕駛。
借助這些月球車，航天員在月面四處巡游，對山脈、峽谷和火山口進(jìn)行了考察，并一共收集了280多千克月球樣品。尤其在阿波羅17號任務(wù)中，由于月球車和航天服的可靠性增加，打破了以往一些局限，因此這臺月球車創(chuàng)下了總行駛距離35.89公里、最長單次行駛距離20.12公里、離登月艙最遠(yuǎn)距離7.6公里的成績。
不過，相比地面上的車輛，載人月球車也會遭受月面環(huán)境的各種考驗(yàn)。龐之浩說，阿波羅月球車就會受到細(xì)微月球塵埃的影響，這些塵埃使月球車的軸承、齒輪以及其他機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了磨損。另外，月球車行駛時(shí)，車輪下噴濺出的塵埃達(dá)到2米多高，也會影響到航天員執(zhí)行任務(wù)。
“玉兔”更輕盈自主
與同類的蘇聯(lián)無人月球車相比，中國“玉兔”更輕盈。
龐之浩表示，我國月球車有“小而精”的特點(diǎn)。它們長1.5米、寬1米、高1.1米，僅重130多公斤，采用6輪主副搖臂懸架的移動構(gòu)形，可6輪獨(dú)立驅(qū)動、4輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向，具有爬20度坡、越20厘米高障礙的自主越障和避障能力，移動速度最快為每小時(shí)200米。
2013年12月，玉兔號月球車離開嫦娥三號的懷抱來到月面。它首次將測月雷達(dá)帶到了月球，還裝載了全景相機(jī)、紅外成像光譜儀、粒子激發(fā)X射線譜儀等設(shè)備�？墒�，行走了114米后，它的機(jī)構(gòu)控制出現(xiàn)異常，悲劇了。從此它只能與嫦娥三號遙遙相望，卻動彈不得。
2019年1月跟隨嫦娥四號落在月球背面的玉兔二號，雖然外形尺寸與玉兔號基本一樣，但更自主、更健壯。
玉兔二號效果圖
龐之浩說，玉兔二號上改進(jìn)了各種走線的布局，采取了故障隔離設(shè)計(jì)，應(yīng)付困難的能力更強(qiáng)。
同時(shí)，玉兔二號可以根據(jù)光照條件，自主休眠。自主喚醒后，也像玉兔號那樣需要地面幫助進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，而能自主設(shè)置，進(jìn)入安全、穩(wěn)定的工作狀態(tài)。通過軟件升級，它在在自主休眠、自主地應(yīng)對光照的遮擋、自主避障能力等方面都有明顯提高，并能更好應(yīng)對各種突發(fā)狀況。
跟此前所有月球車不同的是，玉兔二號是首次在月球背面進(jìn)行巡視探測。針對任務(wù)面臨的復(fù)雜地形條件、中繼通信新需求、科學(xué)目標(biāo)的實(shí)際需要等因素，玉兔二號的運(yùn)動安全、能源供給、科學(xué)探測和測控通信等方面均有著特殊設(shè)計(jì)。
未來月球車啥樣？
隨著繼美蘇月球競賽后的第二輪探月高潮持續(xù)推進(jìn)，科學(xué)家對月球車的新構(gòu)想也五花八門。
在載人月球車方面，美國曾為實(shí)施星座計(jì)劃重返月球，研制了密封式月球車。航天員坐在車?yán)铮梢圆淮┡撏夂教旆�。但星座�?jì)劃后來被取消，這種月球車也不了了之。
國外專家還提出了多種載人月球車方案，包括月球摩托、火箭單座車、月球拖掛車、客貨兩用月球車、中型月球探險(xiǎn)車等。但人類尚未重新登月，這些方案暫時(shí)也沒有用武之地。
對于無人月球車，科學(xué)家的腦洞開得更大。
龐之浩說，從行走方式來看，目前已經(jīng)發(fā)射的7臺月球車都是采用輪式。包括近期發(fā)射計(jì)劃中，印度月船二號的月球車、日本女神二號的月球車也是如此。但輪式月球車越野能力不強(qiáng)，適應(yīng)能力較差。有人提出過腿式巡視器方案，其適應(yīng)能力最強(qiáng)，但效率很低。
因此，一些國家結(jié)合腿式和輪式各自的優(yōu)點(diǎn)，開始研制輪腿式月球車。其作業(yè)范圍大，具有優(yōu)越的越障避障能力，但結(jié)構(gòu)與控制也十分復(fù)雜。
“隼鳥2號”在小行星上著陸的想象圖
2018年9月21日，日本隼鳥2號把兩臺跳躍式著陸探測器投放到龍宮小行星上。龐之浩認(rèn)為，此技術(shù)也可以向月球車移植。
此外，科學(xué)家還提出過翻滾式、履帶式、蛇式、氣囊式、滑橇式、螺旋滾筒式等多種月球車類型。
龐之浩說，未來月球車將向工作時(shí)間更長、行駛距離更遠(yuǎn)、環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)、機(jī)動性更好等方向發(fā)展，還需具備質(zhì)量、尺寸最小化，成本更低，能有效利用和傳輸能源等特點(diǎn)。采用模塊化設(shè)計(jì)和國際合作方式，可以滿足更多需求。
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