转帖 科学家解读中国玉兔月球车 对比苏联探月车,时 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/27 20:56:36
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“玉兔号”月球车重约140千克,呈长方形盒状,长1.5米,宽1米,高1.1米,周身金光闪闪,有6个轮子,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,业内人士形象地称之为“八仙过海,各显神通”。月球车副主任设计师魏然用4句话形容它:肩插“太阳翼”,脚踩“风火轮”,身披“黄金甲”,腹中“秘器”多。

 “玉兔号”以太阳能为能源,具备20度爬坡、20厘米越障能力,并配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器。

中外月球车有何不同?
  中国空间技术研究院研究员庞之浩介绍说,迄今为止,世界上发射并成功运行的月球车有5辆,其中2辆是无人探测月球车,是苏联在上世纪70年代发射的“月球车”1号和2号;3辆是有人驾驶的月球车,分别由美国“阿波罗”15号、16号、17号登月时携带。
  中国的“玉兔号”月球车是无人驾驶月球车,与苏联的月球车相比是“小个子”,“小而精,能完成任务就行了,也节约成本。”庞之浩说。
       庞之浩指出,无人月球车难度更大,因为上面有很多仪器,要保证在无人的状态下行驶,仪器能正常工作;有人驾驶的月球车主要作为一个交通工具,扩大航天员在月球上的活动范围,上面基本没有什么仪器,由航天员驾驶起来也相对容易一些。
  北京大学地球与空间科学学院教授、中国空间科学学会空间探测专业委员会副主任焦维新表示,距离上次月球车登月已过去近40年,电子设备、探测仪器都非当年可比,无论是材料、驱动系统的选择还是探测仪器,过去都不可能有。因此,中国的月球车比之前的先进是肯定的,尽管某些方面不是当今世界上最先进的,但肯定不会是上世纪70年代的重复。

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%。

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’!”

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。

“玉兔号”将执行哪些任务?

  12月2日凌晨,中国在西昌卫星发射中心成功将肩负首次登月任务的探测器“嫦娥三号”送入轨道。由着陆器和“玉兔号”月球车组成的“嫦娥三号”,预计于12月中旬在月球虹湾区软着陆。吴伟仁说,在月球实现软着陆是“嫦娥三号”探月任务中最难的一环。

  “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。之后,“玉兔号”月球车将驶离着陆器,在月面进行3个月的科学勘测,着陆器则在着陆地点进行原地探测。“玉兔号”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,意味着“玉兔号”月球车的工作必须是高效的——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。
着陆器的设计寿命是一年,月球车的则只有3个月。它们将在完成任务后永远留在月球。“当然,我们希望它能够实现这个寿命,也希望超过这个寿命,就像‘嫦娥二号’一样。”吴伟仁说,“嫦娥二号”的设计工作时间是半年,但是到现在还在工作,已经3年多了。“设计寿命过后,就看它们的生存能力了。”

“玉兔号”着陆地点为何选在虹湾区?

  这次“嫦娥三号”预定的月球着陆区“虹湾”,并不是真的海湾,而是像彩虹一样的巨型陨石坑壁。月球上有很多地方以“海”和“洋”命名。古人望月,以为看到的是海,其实不是。虹湾区位于月球北纬43度左右、西经31度左右,南北长约100千米、东西长约300千米。“比北京海淀区小一点,月球车探测的只是虹湾区的一部分,据专家介绍是5平方公里”,庞之浩说。“严格来说,月球没有水,没有空气,也谈不上美”,焦维新说,在绘图时一般习惯把平坦的地方绘上蓝色,高一点的地方绘上黄色,再高一点的绘上红色,月球虹湾区整体低洼平坦,用常规方法绘出来就是一个美丽的海湾,“有点像我们的渤海湾”。

  庞之浩介绍,之所以选择在虹湾区落月,是出于多种综合因素的考虑:一是这里比较平坦,落月比较安全;二是美苏的探测主要集中在月球赤道附近,虹湾仍是月球研究的空白,探测该区域非常有科学价值;三是能实现正面直接测控通讯;四是太阳光照较好,能保证探测器的太阳能电池板正常工作。

“玉兔号”如何克服月球上超过摄氏300度的温差挑战?

  “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摄氏零下180度,电子设备根本无法工作。”中国探月工程副总指挥、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’!”

  更糟糕的是,由于月球上的一天约相当于地球上的28天,其中约14天会被太阳连续暴晒,月球车面临散热难题;接下来的约14天又是连续月夜,在摄氏零下100多度的环境里,大部分电子设备无法工作,只能“冬眠”,还需要专门设备保持月球车的内部温度,防止设备被冻坏。要让探测器同时适应这两种极端温度,难度非常大。而且一旦夜昼交替,探测器还要从“冬眠”状态中被“唤醒”,如何保证系统正常启动也是道难题。

“玉兔号”月球车身披“黄金甲”,目的不是为了好看,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,从而支持和保护月球车上的红外成像光谱仪、激光点阵器等10多套科学探测仪器。

  按照科研人员的精心设计,“玉兔号”与人类的作息制度一样,也是日出而作、日落而息,白天还要午休,只不过它每天的工作时间相当于地球上的14天,然后又会一觉睡14天。
漫漫长夜之后,“玉兔号”怎么才能立刻点火工作呢?它需要一床御寒的“被子”和一个叫它起床工作的“闹钟”。承担这两项功能的是它的供电系统——太阳翼。据“嫦娥三号”探测器副总设计师贾阳介绍,晚上,“玉兔号”的桅杆会收起来,太阳翼也会扣上,“这个过程中相当于把巡视器(月球车)散热的途径隔绝掉了。然后,当阳光逐渐从东边起来,到达5度的高度时,巡视器就被唤醒了,进入到第二天白天的正常工作。”“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’。”这种作息极大地增强了“玉兔号”适应月表恶劣环境的能力。

  对一些特别娇嫩的设备,月球车内还专门准备了“暖宝”——核电池。核电池提供电能的时间非常长,一个硬币大小的核电池,就可使用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。

“玉兔号”如何在月球表面如履平地?
  尽管整体来讲虹湾地区比较平坦,但月球表面千万年来经历陨石撞击,遍布大大小小的陨石坑和石块。为了避免在月球上“摔跤”或“崴脚”,“玉兔号”月球车有6个特制的轮子,而且移动很慢——每小时最多走200米。
  “这个轮子学名叫做筛网轮,能够尽可能减轻重量。另外,这个车轮在设计上必须要有很大的接触面积,摩擦系数也要很大,这样它在月面才不会陷进去,也不容易打滑。”“嫦娥三号”探测器系统专家曾令斌说。庞之浩介绍,由于轮子是网状的,所以一边行驶一边可以把沙子漏掉。
  除了表面用筛网,轮子每隔一段就会有一个锯齿形的结构,叫做棘爪,就像是兔爪上的指甲。月球上本没有路,这些尖利的小爪子能够帮助“玉兔号”稳稳地抓住月面,跨过沟沟坎坎。
  遇到地面不平的情况时,“玉兔号”会通过摇臂调整重心。如果遇到较大的坡,它就会绕过去。全程参与“玉兔号”研制的主任设计师肖杰说,“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,月球车能够自主判断并安全避让。

以下是玉兔号和苏联鼎盛时期的月球车图片



1970年11月17日,世界上第一台无人驾驶的月球车由苏联发射的月球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。




1997年7月4日,在搭乘美国“火星探路者”登陆火星阿瑞斯平原后,“索杰纳”号成为人类在火星上真正从事科学考察工作的第一台火星车。在火星上的几个月里,原本设计寿命只有7天的“索杰纳”号共行驶了90多米,分析了岩石成分,拍摄了500多幅照片。


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。


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“玉兔号”月球车重约140千克,呈长方形盒状,长1.5米,宽1米,高1.1米,周身金光闪闪,有6个轮子,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,业内人士形象地称之为“八仙过海,各显神通”。月球车副主任设计师魏然用4句话形容它:肩插“太阳翼”,脚踩“风火轮”,身披“黄金甲”,腹中“秘器”多。

 “玉兔号”以太阳能为能源,具备20度爬坡、20厘米越障能力,并配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器。

中外月球车有何不同?
  中国空间技术研究院研究员庞之浩介绍说,迄今为止,世界上发射并成功运行的月球车有5辆,其中2辆是无人探测月球车,是苏联在上世纪70年代发射的“月球车”1号和2号;3辆是有人驾驶的月球车,分别由美国“阿波罗”15号、16号、17号登月时携带。
  中国的“玉兔号”月球车是无人驾驶月球车,与苏联的月球车相比是“小个子”,“小而精,能完成任务就行了,也节约成本。”庞之浩说。
       庞之浩指出,无人月球车难度更大,因为上面有很多仪器,要保证在无人的状态下行驶,仪器能正常工作;有人驾驶的月球车主要作为一个交通工具,扩大航天员在月球上的活动范围,上面基本没有什么仪器,由航天员驾驶起来也相对容易一些。
  北京大学地球与空间科学学院教授、中国空间科学学会空间探测专业委员会副主任焦维新表示,距离上次月球车登月已过去近40年,电子设备、探测仪器都非当年可比,无论是材料、驱动系统的选择还是探测仪器,过去都不可能有。因此,中国的月球车比之前的先进是肯定的,尽管某些方面不是当今世界上最先进的,但肯定不会是上世纪70年代的重复。

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%。

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’!”

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。

“玉兔号”将执行哪些任务?

  12月2日凌晨,中国在西昌卫星发射中心成功将肩负首次登月任务的探测器“嫦娥三号”送入轨道。由着陆器和“玉兔号”月球车组成的“嫦娥三号”,预计于12月中旬在月球虹湾区软着陆。吴伟仁说,在月球实现软着陆是“嫦娥三号”探月任务中最难的一环。

  “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。之后,“玉兔号”月球车将驶离着陆器,在月面进行3个月的科学勘测,着陆器则在着陆地点进行原地探测。“玉兔号”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,意味着“玉兔号”月球车的工作必须是高效的——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。
着陆器的设计寿命是一年,月球车的则只有3个月。它们将在完成任务后永远留在月球。“当然,我们希望它能够实现这个寿命,也希望超过这个寿命,就像‘嫦娥二号’一样。”吴伟仁说,“嫦娥二号”的设计工作时间是半年,但是到现在还在工作,已经3年多了。“设计寿命过后,就看它们的生存能力了。”

“玉兔号”着陆地点为何选在虹湾区?

  这次“嫦娥三号”预定的月球着陆区“虹湾”,并不是真的海湾,而是像彩虹一样的巨型陨石坑壁。月球上有很多地方以“海”和“洋”命名。古人望月,以为看到的是海,其实不是。虹湾区位于月球北纬43度左右、西经31度左右,南北长约100千米、东西长约300千米。“比北京海淀区小一点,月球车探测的只是虹湾区的一部分,据专家介绍是5平方公里”,庞之浩说。“严格来说,月球没有水,没有空气,也谈不上美”,焦维新说,在绘图时一般习惯把平坦的地方绘上蓝色,高一点的地方绘上黄色,再高一点的绘上红色,月球虹湾区整体低洼平坦,用常规方法绘出来就是一个美丽的海湾,“有点像我们的渤海湾”。

  庞之浩介绍,之所以选择在虹湾区落月,是出于多种综合因素的考虑:一是这里比较平坦,落月比较安全;二是美苏的探测主要集中在月球赤道附近,虹湾仍是月球研究的空白,探测该区域非常有科学价值;三是能实现正面直接测控通讯;四是太阳光照较好,能保证探测器的太阳能电池板正常工作。

“玉兔号”如何克服月球上超过摄氏300度的温差挑战?

  “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摄氏零下180度,电子设备根本无法工作。”中国探月工程副总指挥、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’!”

  更糟糕的是,由于月球上的一天约相当于地球上的28天,其中约14天会被太阳连续暴晒,月球车面临散热难题;接下来的约14天又是连续月夜,在摄氏零下100多度的环境里,大部分电子设备无法工作,只能“冬眠”,还需要专门设备保持月球车的内部温度,防止设备被冻坏。要让探测器同时适应这两种极端温度,难度非常大。而且一旦夜昼交替,探测器还要从“冬眠”状态中被“唤醒”,如何保证系统正常启动也是道难题。

“玉兔号”月球车身披“黄金甲”,目的不是为了好看,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,从而支持和保护月球车上的红外成像光谱仪、激光点阵器等10多套科学探测仪器。

  按照科研人员的精心设计,“玉兔号”与人类的作息制度一样,也是日出而作、日落而息,白天还要午休,只不过它每天的工作时间相当于地球上的14天,然后又会一觉睡14天。
漫漫长夜之后,“玉兔号”怎么才能立刻点火工作呢?它需要一床御寒的“被子”和一个叫它起床工作的“闹钟”。承担这两项功能的是它的供电系统——太阳翼。据“嫦娥三号”探测器副总设计师贾阳介绍,晚上,“玉兔号”的桅杆会收起来,太阳翼也会扣上,“这个过程中相当于把巡视器(月球车)散热的途径隔绝掉了。然后,当阳光逐渐从东边起来,到达5度的高度时,巡视器就被唤醒了,进入到第二天白天的正常工作。”“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’。”这种作息极大地增强了“玉兔号”适应月表恶劣环境的能力。

  对一些特别娇嫩的设备,月球车内还专门准备了“暖宝”——核电池。核电池提供电能的时间非常长,一个硬币大小的核电池,就可使用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。

“玉兔号”如何在月球表面如履平地?
  尽管整体来讲虹湾地区比较平坦,但月球表面千万年来经历陨石撞击,遍布大大小小的陨石坑和石块。为了避免在月球上“摔跤”或“崴脚”,“玉兔号”月球车有6个特制的轮子,而且移动很慢——每小时最多走200米。
  “这个轮子学名叫做筛网轮,能够尽可能减轻重量。另外,这个车轮在设计上必须要有很大的接触面积,摩擦系数也要很大,这样它在月面才不会陷进去,也不容易打滑。”“嫦娥三号”探测器系统专家曾令斌说。庞之浩介绍,由于轮子是网状的,所以一边行驶一边可以把沙子漏掉。
  除了表面用筛网,轮子每隔一段就会有一个锯齿形的结构,叫做棘爪,就像是兔爪上的指甲。月球上本没有路,这些尖利的小爪子能够帮助“玉兔号”稳稳地抓住月面,跨过沟沟坎坎。
  遇到地面不平的情况时,“玉兔号”会通过摇臂调整重心。如果遇到较大的坡,它就会绕过去。全程参与“玉兔号”研制的主任设计师肖杰说,“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,月球车能够自主判断并安全避让。

以下是玉兔号和苏联鼎盛时期的月球车图片

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1970年11月17日,世界上第一台无人驾驶的月球车由苏联发射的月球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。

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1997年7月4日,在搭乘美国“火星探路者”登陆火星阿瑞斯平原后,“索杰纳”号成为人类在火星上真正从事科学考察工作的第一台火星车。在火星上的几个月里,原本设计寿命只有7天的“索杰纳”号共行驶了90多米,分析了岩石成分,拍摄了500多幅照片。

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2013-12-5 12:29 上传



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。

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2013-12-5 12:29 上传



图里不是玉兔,是七院那个被淘汰的方案。另外同位素热源只发热,不是什么核电池。还有什么高放射性元素半衰期有5000年?
楠宫萧vn 发表于 2013-12-5 12:45
图里不是玉兔,是七院那个被淘汰的方案。另外同位素热源只发热,不是什么核电池。还有什么高放射性元素半衰 ...
欢迎你补发玉兔真容
技术的进步是跨越弥补时代的差距的。
hh的季节 发表于 2013-12-5 12:47
技术的进步是跨越弥补时代的差距的。
技术进步或许藏在仪器中,但是看毛子的月球车,还是震撼
欢迎你补发玉兔真容
玉兔照片遍地都有,就这一个容易引起误解还被你用了.……
欢迎你补发玉兔真容
夹在苏联月球车中间的那张就是玉兔,头下面有个盘子
有五张是七院那个,剩下的是玉兔。
毛子的探测器真J8丑。。。
70年代就有最高时速200KM的跑车,今天的量产型跑车也差不多这个速度,但是实现的技术完全不可同日而言。
苏俄的机械设备什么都彰显了暴力美学!
大怯懦鸡 发表于 2013-12-5 14:57
苏俄的机械设备什么都彰显了暴力美学!
纯属于机械暴力美学,飞机,军舰,坦克,火箭,枪械,航天器统统都一股子霸气
一般我一看见把美国人登月也搬出来就知道楼主的为人和楼主的智商指数有多少!
哈哈!
一般我一看见把美国人登月也搬出来就知道楼主的为人和楼主的智商指数有多少!
哈哈!
智商与每句话中的感叹号数量呈反比。
另外版主该处理了吧?纯粹的人参公鸡。
楠宫萧vn 发表于 2013-12-5 15:35
智商与每句话中的感叹号数量呈反比。
另外版主该处理了吧?纯粹的人参公鸡。
版主哪有时间清理啊,CD是什么人都有,木有办法
感叹号反比,这个说法挺好 。
有人驾驶的月球车行驶 真是太难相信了
斯玛特康 发表于 2013-12-5 13:51
毛子的探测器真J8丑。。。
我也正想说
有个问题,是什么限制了月球车的寿命只有三个月?
不要看错了毛子的东东,样子不好看但实用哈
毛子的车车可是工作了11个月的,虽然粗大但是耐操。
当然玉兔也可能超期工作的,TG一向喜欢报得保险些。另外载人的顶多呆几天,无人的工作量大多了,省下载荷燃料可以运多少矿石啊,以后登架核电池的还可以工作到后半世纪
看好超期服役,这个是有传统的。
别光说硬件了 还得主要软件啊   尤其是系统方面

总觉得美国的星际探测器很牛逼 动不动就修改软件或者重启解决一个问题  人家那个系统设计能力。。
matrix2388 发表于 2013-12-5 14:38
70年代就有最高时速200KM的跑车,今天的量产型跑车也差不多这个速度,但是实现的技术完全不可同日而言。
我倒是觉得现代实现200公里的速度比起70年代要容易的多,同理现代的月球车跟70年代的月球车即使有进步,也比那时候容易的多,因为现代的技术扩散导致很多民用的技术都比那时候先进的多,光是电子设备都比那时候好用的多
没有具体的比较啊?
好图片!
苏联月球车巡视了8万平方米,那也就是0.08平方公里,大约10-11个足球场的面积。
看来玉兔很出色,足足5平方公里。
别光说硬件了 还得主要软件啊   尤其是系统方面

总觉得美国的星际探测器很牛逼 动不动就修改软件或者重 ...
就拿咱们的电脑来说,能依靠重启或重装系统解决的问题,那都不算电脑坏了的问题,关键还是硬件的可靠性,软件不好了可以刷机,硬件支持不了,或者出了物理性的问题,全完......