超级军网【嫦娥三号】“玉兔”是怎样“炼”成的[转载]
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北京航天城“落月区”
探秘“玉兔”训练场
庞丹 刘之辉 门昱 蔡晓懋 蒋建科
2013年12月14日08:15 来源：人民日报
图①：月球表面。
杨宇光提供
图②：嫦娥三号内场试验。
张卫华摄
“嫦娥”再奔月、“玉兔”将登陆，引发了人们对于航天科技的关注和兴趣。
“嫦娥”如何在地球“迈出”登月第一步？“玉兔”又需经受怎样的测试和挑战？让我们走进“玉兔”训练场，探秘地球上的“落月区”。
在北京航天城，有一个特别的室内试验室。与一尘不染、四季恒温恒湿、清洁明亮的厂房不同，这里的地面起伏不平，光照时弱时强，让人联想到从未涉足过的星球。
是月球？现场的科研人员介绍说：“这模拟的正是‘玉兔’将要到达的地方！”为了保证我国探月工程二期“落”的目标圆满完成，中国航天科技集团空间技术研究院建成巡视器室内试验场，用来进行月面环境模拟，为月球车“玉兔”落月做准备。
“月球”落户地球
试验场主要包括三个子系统：月壤综合性能模拟系统、月面光照环境模拟系统、月面重力模拟系统。
走进试验场，首先看到的是一片面积约800平方米的火山灰地，地面起伏不平，地面上有多个形状不一的石块、大大小小的坑洼。这是“月壤综合性能模拟系统”。“玉兔”在奔向月球之前，就在这里练习行进、转弯、越障、避障、爬坡、过坑、拍照、数据传输以及月壤成分探测等活动，为在月球表面开展探测活动做“演习”。
侧面的墙上，有一整面墙全是灯。灯阵开启的时候会非常亮、特别热，而且还有紫外线的辐射，这叫“月面光照环境模拟系统”。
场地上方，一根悬挂的绳子让人觉得好奇。据介绍，“玉兔”练习走路的时候，会被这根绳子“悬吊”起来。因为，与地球上的重力相比，月球上的重力只有地球的1/6。这根绳子便是去掉另外5/6重力的法宝。绳子及其配套设备的学名是“月面重力模拟系统”，该系统采用单索悬挂技术，实现月球低重力环境的模拟，可保证巡视器具有一定的转向自由度、俯仰自由度和侧倾自由度，还具备对“玉兔”在地面行走、爬坡等运动的自动跟踪能力，是目前国内首个大型单索悬吊式月面重力模拟系统。
建成这个逼真的“落月区”是一项全新的工作。北京卫星环境工程研究所的科技人员攻坚克难，创造了多个“首次”、“首个”。试验期间，从初样到正样，“玉兔”在这里顺利完成了10次约200个工况的大型综合专项验证试验，为嫦娥三号月面科学探测任务提供了充分的地面验证。
“玉兔”不怕月面“霾”
我国月面巡视器内场试验系统是首次实现高精度、大范围、多环境因素模拟的专项试验系统。经过在这里的练习，“玉兔”在月球上的行走将更加自如。
内场试验中，还有一项重要的试验不得不提，即模拟月尘环境试验。
在月面环境以及巡视器活动的影响下，月面尘埃将产生飘浮，进而对巡视器敏感部件产生影响。美国宇航员从月球返回后曾说：人类探索月球遇到的首要麻烦问题就是月尘环境。为了研究和评价月尘环境的影响，在过去3年多的时间里，北京卫星环境工程研究所月尘环境项目组进行了一系列技术攻关，实现了从无到有的跨越。
模拟月尘环境的一大难题是淋洒月尘。模拟月尘颗粒很小，为微米级。模拟月尘试验中，要求在工件上均匀淋洒月尘，每平方米20克，相当于要把半勺的盐均匀地洒在1平方米的地方，这是一件极难的事。而项目组最终设计出的模拟月尘淋洒装置，实现了在1平方米均匀淋洒0.1克的模拟月尘。
模拟月尘环境试验最终为嫦娥三号产品包括雷达天线、望远镜以及相机等5件有效载荷部件完成了月尘环境摸底试验。有了摸底试验的成功，“玉兔”在月球上就能自如应对月尘的干扰了。
“大漠之旅”助力“月球之旅”
在哪里才能找到自然条件下最接近月球表面地形地貌的室外试验场？中国航天科技集团空间技术研究院510所专门成立了200多人的嫦娥三号巡视器试验外场实地考察试验队。
“玉兔”除了需要在室内环境下进行测试，在室外的外场试验也必不可少。外场试验的主要目标是验证巡视器在未知环境长距离巡视探测的能力，为真正在月面开展巡视勘察打下基础。
外场试验的选址是个大问题，从2010年7月起，嫦娥三号巡视器试验外场选址考察试验队对25处相关沙漠进行了有选择的实地考察，最终给出第一备选试验场——雅丹地质公园西南面的库姆塔格沙漠。嫦娥三号探测器系统首席科学家叶培建院士认为这里的地形地貌最接近月球表面。
试验外场找到了，但挑战才刚刚开始。由于外场试验是我国首次在沙漠无人区进行巡视器的综合性能测试，在试验过程中既涉及航天产品的性能保证、长距离运输，又涉及地面控制系统在野外地区的实现，还有试验后勤保障工作的方方面面。
试验外场所在的沙漠地区昼夜温差大，10月份的早晨，气温已经到了零度左右，洗脸用的水结满了冰花。当太阳升起后，温度又快速上升，紫外线光照强烈，离开帐篷的人员不得不戴着防紫外线面罩、遮阳帽和墨镜进行保护，避免被灼伤。特别是在中午，气温高达30多度，操作人员经常满身大汗。尽管困难重重，可是全体试验队员却没有一个人叫苦。往往一忙就是一整天，直到夜幕降临，依然有试验队员穿着军大衣,握着手电筒,扛着经纬仪,不顾刺骨寒风,在野外依靠北极星“找北”，建立试验所需的坐标系,为巡视器指引着方向。
风是沙漠里名副其实的恶魔。一场大风，不仅给试验带来了巨大的困难，而且打乱了队员们的生活。由于大量的尘土，生活区的电机被磨坏了，无法供电。于是应急预案紧急启动，午饭限量供应，准备配发蜡烛。试验队调度带头吃方便面，并紧急协调准备晚上的干粮；一边联系敦煌维修站，在最短的时间内恢复供电。
沙漠中，困难无处不在，而勇闯难关的感人事迹也如沙粒般不胜枚举。2011年11月1日，经过一个月的艰苦奋战，嫦娥三号月面巡视探测器外场试验圆满地画上了句号。虽然难忘的大漠之旅已经结束，但是嫦娥三号巡视器将开启崭新的精彩旅程。
《 人民日报 》（ 2013年12月14日 05 版） (责编：高雷、权娟)
http://cpc.people.com.cn/n/2013/1214/c64387-23839305.html
北京航天城“落月区”
探秘“玉兔”训练场
庞丹 刘之辉 门昱 蔡晓懋 蒋建科
2013年12月14日08:15 来源：人民日报
图①：月球表面。
杨宇光提供
图②：嫦娥三号内场试验。
张卫华摄
“嫦娥”再奔月、“玉兔”将登陆，引发了人们对于航天科技的关注和兴趣。
“嫦娥”如何在地球“迈出”登月第一步？“玉兔”又需经受怎样的测试和挑战？让我们走进“玉兔”训练场，探秘地球上的“落月区”。
在北京航天城，有一个特别的室内试验室。与一尘不染、四季恒温恒湿、清洁明亮的厂房不同，这里的地面起伏不平，光照时弱时强，让人联想到从未涉足过的星球。
是月球？现场的科研人员介绍说：“这模拟的正是‘玉兔’将要到达的地方！”为了保证我国探月工程二期“落”的目标圆满完成，中国航天科技集团空间技术研究院建成巡视器室内试验场，用来进行月面环境模拟，为月球车“玉兔”落月做准备。
“月球”落户地球
试验场主要包括三个子系统：月壤综合性能模拟系统、月面光照环境模拟系统、月面重力模拟系统。
走进试验场，首先看到的是一片面积约800平方米的火山灰地，地面起伏不平，地面上有多个形状不一的石块、大大小小的坑洼。这是“月壤综合性能模拟系统”。“玉兔”在奔向月球之前，就在这里练习行进、转弯、越障、避障、爬坡、过坑、拍照、数据传输以及月壤成分探测等活动，为在月球表面开展探测活动做“演习”。
侧面的墙上，有一整面墙全是灯。灯阵开启的时候会非常亮、特别热，而且还有紫外线的辐射，这叫“月面光照环境模拟系统”。
场地上方，一根悬挂的绳子让人觉得好奇。据介绍，“玉兔”练习走路的时候，会被这根绳子“悬吊”起来。因为，与地球上的重力相比，月球上的重力只有地球的1/6。这根绳子便是去掉另外5/6重力的法宝。绳子及其配套设备的学名是“月面重力模拟系统”，该系统采用单索悬挂技术，实现月球低重力环境的模拟，可保证巡视器具有一定的转向自由度、俯仰自由度和侧倾自由度，还具备对“玉兔”在地面行走、爬坡等运动的自动跟踪能力，是目前国内首个大型单索悬吊式月面重力模拟系统。
建成这个逼真的“落月区”是一项全新的工作。北京卫星环境工程研究所的科技人员攻坚克难，创造了多个“首次”、“首个”。试验期间，从初样到正样，“玉兔”在这里顺利完成了10次约200个工况的大型综合专项验证试验，为嫦娥三号月面科学探测任务提供了充分的地面验证。
“玉兔”不怕月面“霾”
我国月面巡视器内场试验系统是首次实现高精度、大范围、多环境因素模拟的专项试验系统。经过在这里的练习，“玉兔”在月球上的行走将更加自如。
内场试验中，还有一项重要的试验不得不提，即模拟月尘环境试验。
在月面环境以及巡视器活动的影响下，月面尘埃将产生飘浮，进而对巡视器敏感部件产生影响。美国宇航员从月球返回后曾说：人类探索月球遇到的首要麻烦问题就是月尘环境。为了研究和评价月尘环境的影响，在过去3年多的时间里，北京卫星环境工程研究所月尘环境项目组进行了一系列技术攻关，实现了从无到有的跨越。
模拟月尘环境的一大难题是淋洒月尘。模拟月尘颗粒很小，为微米级。模拟月尘试验中，要求在工件上均匀淋洒月尘，每平方米20克，相当于要把半勺的盐均匀地洒在1平方米的地方，这是一件极难的事。而项目组最终设计出的模拟月尘淋洒装置，实现了在1平方米均匀淋洒0.1克的模拟月尘。
模拟月尘环境试验最终为嫦娥三号产品包括雷达天线、望远镜以及相机等5件有效载荷部件完成了月尘环境摸底试验。有了摸底试验的成功，“玉兔”在月球上就能自如应对月尘的干扰了。
“大漠之旅”助力“月球之旅”
在哪里才能找到自然条件下最接近月球表面地形地貌的室外试验场？中国航天科技集团空间技术研究院510所专门成立了200多人的嫦娥三号巡视器试验外场实地考察试验队。
“玉兔”除了需要在室内环境下进行测试，在室外的外场试验也必不可少。外场试验的主要目标是验证巡视器在未知环境长距离巡视探测的能力，为真正在月面开展巡视勘察打下基础。
外场试验的选址是个大问题，从2010年7月起，嫦娥三号巡视器试验外场选址考察试验队对25处相关沙漠进行了有选择的实地考察，最终给出第一备选试验场——雅丹地质公园西南面的库姆塔格沙漠。嫦娥三号探测器系统首席科学家叶培建院士认为这里的地形地貌最接近月球表面。
试验外场找到了，但挑战才刚刚开始。由于外场试验是我国首次在沙漠无人区进行巡视器的综合性能测试，在试验过程中既涉及航天产品的性能保证、长距离运输，又涉及地面控制系统在野外地区的实现，还有试验后勤保障工作的方方面面。
试验外场所在的沙漠地区昼夜温差大，10月份的早晨，气温已经到了零度左右，洗脸用的水结满了冰花。当太阳升起后，温度又快速上升，紫外线光照强烈，离开帐篷的人员不得不戴着防紫外线面罩、遮阳帽和墨镜进行保护，避免被灼伤。特别是在中午，气温高达30多度，操作人员经常满身大汗。尽管困难重重，可是全体试验队员却没有一个人叫苦。往往一忙就是一整天，直到夜幕降临，依然有试验队员穿着军大衣,握着手电筒,扛着经纬仪,不顾刺骨寒风,在野外依靠北极星“找北”，建立试验所需的坐标系,为巡视器指引着方向。
风是沙漠里名副其实的恶魔。一场大风，不仅给试验带来了巨大的困难，而且打乱了队员们的生活。由于大量的尘土，生活区的电机被磨坏了，无法供电。于是应急预案紧急启动，午饭限量供应，准备配发蜡烛。试验队调度带头吃方便面，并紧急协调准备晚上的干粮；一边联系敦煌维修站，在最短的时间内恢复供电。
沙漠中，困难无处不在，而勇闯难关的感人事迹也如沙粒般不胜枚举。2011年11月1日，经过一个月的艰苦奋战，嫦娥三号月面巡视探测器外场试验圆满地画上了句号。虽然难忘的大漠之旅已经结束，但是嫦娥三号巡视器将开启崭新的精彩旅程。
《 人民日报 》（ 2013年12月14日 05 版） (责编：高雷、权娟)
http://cpc.people.com.cn/n/2013/1214/c64387-23839305.html
玉兔训练月壤 源自吉林火山灰
http://pic.people.com.cn/n/2013/1215/c1016-23844243.html
http://pic.people.com.cn/n/2013/1215/c1016-23844243.html
模拟月球太阳光
给“玉兔”来个阳光浴
本报记者唐中科
2013年12月14日08:15 来源：人民日报
图③、④、⑤：嫦娥三号巡视器GNC分系统物理仿真试验。
资料图片
一个阳光明媚的冬日，记者走进中国航天科技集团空间技术研究院北京控制工程研究所。推开月球楼试验棚大门，一个巨大的“太阳”映入眼帘，红色的“太阳光”把整个试验棚照亮。一辆月球车正缓缓地在高低起伏的沙盘上行走，旁边的几名技术人员则操作电脑，观看数据。定睛一看，“太阳”来自对面一个近100平方米的巨型灯阵。
这里就是嫦娥三号巡视器（月球车）“玉兔”的GNC（制导、导航与控制）分系统物理仿真试验室。负责人介绍，“这个灯阵就是为了模拟月球上太阳照射的平行光，在登月前让‘玉兔’提前在这里感受月球上太阳光的温度和亮度。”
嫦娥三号巡视器上配备了相机等测量设备，用于进行环境感知获取地形信息。大面积准直光照模拟是检验相机等测量设备性能的关键之一。
试验室相关负责人介绍，传统太阳模拟器制造技术通常是以氙灯、卤素灯为光源，光照面积通常在1平方米左右，无法满足巡视器GNC分系统物理仿真试验的需求。经过探索，试验团队大胆采用了基于LED灯阵的平行光模拟设备，最后将近2万支LED及相应聚光透镜组成了国内最大的三自由度室内平行光模拟系统。
平行光模拟系统最终于2011年9月投入使用，共支持完成了巡视器GNC分系统初样和正样两个阶段的物理仿真试验，在巡视器研制中发挥了重要作用。
《 人民日报 》（ 2013年12月14日 05 版） (责编：高雷、权娟)
http://cpc.people.com.cn/n/2013/1214/c64387-23839306.html
模拟月球太阳光
给“玉兔”来个阳光浴
本报记者唐中科
2013年12月14日08:15 来源：人民日报
图③、④、⑤：嫦娥三号巡视器GNC分系统物理仿真试验。
资料图片
一个阳光明媚的冬日，记者走进中国航天科技集团空间技术研究院北京控制工程研究所。推开月球楼试验棚大门，一个巨大的“太阳”映入眼帘，红色的“太阳光”把整个试验棚照亮。一辆月球车正缓缓地在高低起伏的沙盘上行走，旁边的几名技术人员则操作电脑，观看数据。定睛一看，“太阳”来自对面一个近100平方米的巨型灯阵。
这里就是嫦娥三号巡视器（月球车）“玉兔”的GNC（制导、导航与控制）分系统物理仿真试验室。负责人介绍，“这个灯阵就是为了模拟月球上太阳照射的平行光，在登月前让‘玉兔’提前在这里感受月球上太阳光的温度和亮度。”
嫦娥三号巡视器上配备了相机等测量设备，用于进行环境感知获取地形信息。大面积准直光照模拟是检验相机等测量设备性能的关键之一。
试验室相关负责人介绍，传统太阳模拟器制造技术通常是以氙灯、卤素灯为光源，光照面积通常在1平方米左右，无法满足巡视器GNC分系统物理仿真试验的需求。经过探索，试验团队大胆采用了基于LED灯阵的平行光模拟设备，最后将近2万支LED及相应聚光透镜组成了国内最大的三自由度室内平行光模拟系统。
平行光模拟系统最终于2011年9月投入使用，共支持完成了巡视器GNC分系统初样和正样两个阶段的物理仿真试验，在巡视器研制中发挥了重要作用。
《 人民日报 》（ 2013年12月14日 05 版） (责编：高雷、权娟)
http://cpc.people.com.cn/n/2013/1214/c64387-23839306.html
揭秘“玉兔”身上的高科技装备
2013.12.16 10:14
来源： 科技日报 作者： 记者 付毅飞
12月14日晚，嫦娥三号探测器带着“玉兔号”月球车翩然落月，让流传千年的美丽神话成为现实。
接下来，“玉兔”将离开“嫦娥”的怀抱，探索这片神奇的土地。
记者近日从“玉兔号”的研制单位——中国航天科技集团公司了解到，为让它能在月球健康生活、圆满完成任务，科技人员考虑得细致入微，并给它配备了各种高科技装备。
密封圈帮“玉兔”抵御月尘
阿波罗号宇航员登月后回忆说，飞船着陆的一刹那，四周扬起的月尘使他惊呆了。
由于月球上没有风，且重力只有地球的六分之一，月尘扬起来后会长时间悬浮在半空中。这让科技人员不禁担忧：“玉兔”在月面行动，会带起多大的扬尘？对它的“健康”会造成多大影响？
为此，航天科技集团总环部模拟月尘项目组通过技术攻关，对真空环境下月球车三种花纹车轮的临界起尘点、转速与起尘高度的试验规律、扬尘颗粒的速度矢量、扬尘颗粒的尺寸范围、扬尘颗粒的运动轨迹和范围等开展了研究。通过计算修正，首次在国内得出月面条件下三维车轮扬尘参数，为后续探月工程月球车扬尘问题提供了重要参考。
研究发现，这些直径小于1毫米的月尘，破坏力不容小视。尤其是侵蚀到月球车的活动部件，将造成部件的异常磨损，降低其使用寿命。防尘密封圈因此成为“玉兔”正常工作的必要保障。
该集团公司八院承担了这项工作，首先面临的难题是材料。月面环境十分恶劣，且不说高真空、强辐射等特点，光是150摄氏度到零下180摄氏度的温差，足以将各种普通材料拒之门外。同时，登月产品对轻量化有严格要求，这也排除了过于复杂的机械密封手段。
科技人员还是选择了轻盈的塑料和橡胶，但为其配方大费周章。每次新配比的材料都要经过硬度、磨耗系数等多项测试。经过不断探索，终于将选材问题圆满解决。
密封圈的设计也是难点。稍微松一点，尘土会侵入；稍微紧一点，不仅增加活动关节的摩擦阻力，还会加大自身磨损。月球车共有6种不同尺寸的活动关节需要防尘密封，科技人员针对各关节的不同尺寸、不同转速、不同力矩、不同安装部位等，细化了对密封圈的技术要求，并分别对其各项性能进行试验，不断优化改进。经过两年时间、60多次试验，他们做出了主副唇双密封层的创新设计，完成了双密封圈串联安装以及密封唇过盈量优化，可确保防尘密封效果。
乘导轨离开“嫦娥”怀抱
登月后，“玉兔”想要“四处撒欢”，先得从“嫦娥”身上下来。但它位于嫦娥三号顶部，怎么下是个问题。
科技人员为它设计了两根转移机构悬梯导轨，只要它能精确地将左右车轮分别行驶到两根导轨上，保持稳定，就能安全到达月面。
但其实，想要保持稳定并不简单。一是嫦娥三号的最终着陆点未必平坦，如果出现倾斜，两根导轨之间也会存在倾斜角度；即使落点地势较平，在释放悬梯导轨的过程中，月球车车轮也可能滑动，万一滑落，后果不堪设想。
为防止出现这样的悲剧，航天科技集团八院科技人员对月球车静态稳定性开展了攻关。他们从车轮的棘爪入手，使其能与导轨悬梯上的棘齿咬合，再引入“DSP+FPGA”架构设计和模块化电机驱动设计，提高控制精度，确保车轮零转速保持，就能让月球车稳稳地停在导轨上。
除了用于安全分离，“玉兔”脚上的棘爪还有助于提高它的通过能力。月面上的地形千奇百怪，不仅有平原，还有起伏的山峦、崎岖的高地，都覆盖着几十厘米至几十米厚的月壤。月壤松软、干燥，呈沙土状，普通车轮很容易下陷或打滑，提高车轮的直径和宽度，又势必增加重量。科技人员提出了这种带有棘爪的筛网轮设计构想，经过挂钩牵引力、适应性、承载力等测试，效果出人意料。
在保证月球车行驶和越障能力方面，科技人员采用了独立转向的构型方案。如果单侧某一车轮越过20厘米高的障碍时，月球车能在差动机构和摇臂作用下被动适应月面地形，让所有车轮均与月面接触。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它摆脱困境。
精密“大脑”为“玉兔”指引方向
开展月面探测，“玉兔”必须随时掌握三个问题：“我在哪？”“我要去哪？”和“我怎么去？”这需要一个精密的“大脑”。我国首套巡视探测GNC系统担当了此项重任。
该系统由航天科技集团五院耗费十年研发而成，让“玉兔”能看得清、辨得明、走得正。
知道自己的位置，这是月球车实现能源供应和对地通讯的根本。但月面环境具有低重力、弱磁场、真空和辐射等特点，在地球应用成熟的指南针、导航仪等手段都不可用，加之月球车有严苛的重量和功耗约束，其定位方式的选择更是难上加难。科技人员经过长期调研论证，走访了多家国内机器人和野外车辆研究院所，完成了上千次数学仿真，最终找到了适合月球车的导航定姿定位方案，并确定了导航敏感器指标。
想知道“我要去哪”，要求月球车具备一双明亮的“眼睛”，让它能在陌生的月面看清周围的地形。五院研发了我国首套月球双目视觉在轨三维恢复系统。该系统拥有两个镜头，能把“看”到的二维地形信息经过处理运算后，变成三维坐标信息。尽管月面被尘土覆盖，纹理不清；太阳斜照，地面上阴影遍布，但在这双“眼睛”的帮助下，“玉兔”照样能准确地辨别障碍。
目的地确定了，怎么去？“玉兔”必须自己寻找一条安全的道路。科技人员找遍了国内外所有能查到的路径规划方法，逐一进行适用性研究和仿真验证，最终提出了自己的路径规划方法。但找到了路，还要具备准确沿路径行驶的能力。“玉兔”采用的是六轮摇臂式移动装置，六个轮子都能独立驱动，其中四个角轮可以转向，但除了自身运动能力外，考虑月面松软月壤下的轮土接触力学关系，减少滑移等现象。针对这些因素，科技人员设计了十多种运动控制律，经过千余次仿真验算，最终确定了协调的控制方法，实现了对规划路径的准确跟踪控制。
太阳翼白天遮阳晚上保暖
白天工作完了，“玉兔”在晚上也要“睡觉”，此时，它独特的太阳电池翼可以发挥“被子”的作用。
由于月夜温度可低至零下180摄氏度，月球车进入睡眠状态后，其“腹腔”内的设备如果完全暴露在极寒环境下，必然被损坏。为此，“玉兔”会把太阳电池翼收拢，裹在“肚子”上保暖。
相比目前国内大多数航天器太阳翼的一次性展开方案，“玉兔”这样能重复展开的太阳翼，给科技人员带来了更大挑战。
通过创新设计、反复论证和不断改进，科技人员最终确定了两翼展开式设计方案，-Y太阳翼为一次展开并锁定在-190°位置；+Y太阳翼可重复展开，除实现对日定向功能外，还能在月夜休眠阶段收拢至零位状态保温、在月午温度较高期间能竖起展开到90°遮阳，这在其他航天器上从未应用过。
为了保证太阳翼适应月面恶劣环境的考验，科技人员一方面增加地面试验的次数，另一方面还提高了地面试验的难度。比如温度适应方面，地面试验中做到了零下200摄氏度到165摄氏度，以确保产品的可靠性。
在地球造月宫开展演习
尽管给“玉兔”带上了大量“户外装备”，科技人员仍担心它难以适应月球环境。怎么办？干脆造一座“月宫”让它演练一下。航天科技集团实施的地面验证试验，成为这次试验任务的一大亮点。
要最大程度地营造月面环境，除了低重力环境、超过300摄氏度温差的高低温环境、超高真空环境等因素外，光是模拟月壤、月貌就让科技人员大费周章。
月壤颗粒的中值粒径大约在40至200微米之间，平均约70微米。科技人员翻阅了大量资料，选取了多种火山灰进行比对，在分析矿物组成、化学成分、相似的颗粒粒度、机械强度、密度和力学性能等物理特性，并综合价格、运输条件等外部因素后，选取了东北长白山的火山灰作为模拟月壤。他们把不同中值粒径的模拟月壤按照试验需求铺装在不同区域，最终建成了月表综合形貌实验室。
在这间尘土飞扬、没有空调的实验室里，科技人员陪同“玉兔”开展了艰苦的训练。仅移动分系统极限能力试验行驶里程就累计超过20公里，爬坡次数、越障次数各达到700多次，一个个数据让月球车的安全系数不断提高。有这些充分、扎实的前期工作为基础，相信“玉兔”一定能在月球上做出精彩表现。
http://www.qstheory.cn/kj/kxpj/201312/t20131216_302934.htm
2013.12.16 10:14
来源： 科技日报 作者： 记者 付毅飞
12月14日晚，嫦娥三号探测器带着“玉兔号”月球车翩然落月，让流传千年的美丽神话成为现实。
接下来，“玉兔”将离开“嫦娥”的怀抱，探索这片神奇的土地。
记者近日从“玉兔号”的研制单位——中国航天科技集团公司了解到，为让它能在月球健康生活、圆满完成任务，科技人员考虑得细致入微，并给它配备了各种高科技装备。
密封圈帮“玉兔”抵御月尘
阿波罗号宇航员登月后回忆说，飞船着陆的一刹那，四周扬起的月尘使他惊呆了。
由于月球上没有风，且重力只有地球的六分之一，月尘扬起来后会长时间悬浮在半空中。这让科技人员不禁担忧：“玉兔”在月面行动，会带起多大的扬尘？对它的“健康”会造成多大影响？
为此，航天科技集团总环部模拟月尘项目组通过技术攻关，对真空环境下月球车三种花纹车轮的临界起尘点、转速与起尘高度的试验规律、扬尘颗粒的速度矢量、扬尘颗粒的尺寸范围、扬尘颗粒的运动轨迹和范围等开展了研究。通过计算修正，首次在国内得出月面条件下三维车轮扬尘参数，为后续探月工程月球车扬尘问题提供了重要参考。
研究发现，这些直径小于1毫米的月尘，破坏力不容小视。尤其是侵蚀到月球车的活动部件，将造成部件的异常磨损，降低其使用寿命。防尘密封圈因此成为“玉兔”正常工作的必要保障。
该集团公司八院承担了这项工作，首先面临的难题是材料。月面环境十分恶劣，且不说高真空、强辐射等特点，光是150摄氏度到零下180摄氏度的温差，足以将各种普通材料拒之门外。同时，登月产品对轻量化有严格要求，这也排除了过于复杂的机械密封手段。
科技人员还是选择了轻盈的塑料和橡胶，但为其配方大费周章。每次新配比的材料都要经过硬度、磨耗系数等多项测试。经过不断探索，终于将选材问题圆满解决。
密封圈的设计也是难点。稍微松一点，尘土会侵入；稍微紧一点，不仅增加活动关节的摩擦阻力，还会加大自身磨损。月球车共有6种不同尺寸的活动关节需要防尘密封，科技人员针对各关节的不同尺寸、不同转速、不同力矩、不同安装部位等，细化了对密封圈的技术要求，并分别对其各项性能进行试验，不断优化改进。经过两年时间、60多次试验，他们做出了主副唇双密封层的创新设计，完成了双密封圈串联安装以及密封唇过盈量优化，可确保防尘密封效果。
乘导轨离开“嫦娥”怀抱
登月后，“玉兔”想要“四处撒欢”，先得从“嫦娥”身上下来。但它位于嫦娥三号顶部，怎么下是个问题。
科技人员为它设计了两根转移机构悬梯导轨，只要它能精确地将左右车轮分别行驶到两根导轨上，保持稳定，就能安全到达月面。
但其实，想要保持稳定并不简单。一是嫦娥三号的最终着陆点未必平坦，如果出现倾斜，两根导轨之间也会存在倾斜角度；即使落点地势较平，在释放悬梯导轨的过程中，月球车车轮也可能滑动，万一滑落，后果不堪设想。
为防止出现这样的悲剧，航天科技集团八院科技人员对月球车静态稳定性开展了攻关。他们从车轮的棘爪入手，使其能与导轨悬梯上的棘齿咬合，再引入“DSP+FPGA”架构设计和模块化电机驱动设计，提高控制精度，确保车轮零转速保持，就能让月球车稳稳地停在导轨上。
除了用于安全分离，“玉兔”脚上的棘爪还有助于提高它的通过能力。月面上的地形千奇百怪，不仅有平原，还有起伏的山峦、崎岖的高地，都覆盖着几十厘米至几十米厚的月壤。月壤松软、干燥，呈沙土状，普通车轮很容易下陷或打滑，提高车轮的直径和宽度，又势必增加重量。科技人员提出了这种带有棘爪的筛网轮设计构想，经过挂钩牵引力、适应性、承载力等测试，效果出人意料。
在保证月球车行驶和越障能力方面，科技人员采用了独立转向的构型方案。如果单侧某一车轮越过20厘米高的障碍时，月球车能在差动机构和摇臂作用下被动适应月面地形，让所有车轮均与月面接触。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它摆脱困境。
精密“大脑”为“玉兔”指引方向
开展月面探测，“玉兔”必须随时掌握三个问题：“我在哪？”“我要去哪？”和“我怎么去？”这需要一个精密的“大脑”。我国首套巡视探测GNC系统担当了此项重任。
该系统由航天科技集团五院耗费十年研发而成，让“玉兔”能看得清、辨得明、走得正。
知道自己的位置，这是月球车实现能源供应和对地通讯的根本。但月面环境具有低重力、弱磁场、真空和辐射等特点，在地球应用成熟的指南针、导航仪等手段都不可用，加之月球车有严苛的重量和功耗约束，其定位方式的选择更是难上加难。科技人员经过长期调研论证，走访了多家国内机器人和野外车辆研究院所，完成了上千次数学仿真，最终找到了适合月球车的导航定姿定位方案，并确定了导航敏感器指标。
想知道“我要去哪”，要求月球车具备一双明亮的“眼睛”，让它能在陌生的月面看清周围的地形。五院研发了我国首套月球双目视觉在轨三维恢复系统。该系统拥有两个镜头，能把“看”到的二维地形信息经过处理运算后，变成三维坐标信息。尽管月面被尘土覆盖，纹理不清；太阳斜照，地面上阴影遍布，但在这双“眼睛”的帮助下，“玉兔”照样能准确地辨别障碍。
目的地确定了，怎么去？“玉兔”必须自己寻找一条安全的道路。科技人员找遍了国内外所有能查到的路径规划方法，逐一进行适用性研究和仿真验证，最终提出了自己的路径规划方法。但找到了路，还要具备准确沿路径行驶的能力。“玉兔”采用的是六轮摇臂式移动装置，六个轮子都能独立驱动，其中四个角轮可以转向，但除了自身运动能力外，考虑月面松软月壤下的轮土接触力学关系，减少滑移等现象。针对这些因素，科技人员设计了十多种运动控制律，经过千余次仿真验算，最终确定了协调的控制方法，实现了对规划路径的准确跟踪控制。
太阳翼白天遮阳晚上保暖
白天工作完了，“玉兔”在晚上也要“睡觉”，此时，它独特的太阳电池翼可以发挥“被子”的作用。
由于月夜温度可低至零下180摄氏度，月球车进入睡眠状态后，其“腹腔”内的设备如果完全暴露在极寒环境下，必然被损坏。为此，“玉兔”会把太阳电池翼收拢，裹在“肚子”上保暖。
相比目前国内大多数航天器太阳翼的一次性展开方案，“玉兔”这样能重复展开的太阳翼，给科技人员带来了更大挑战。
通过创新设计、反复论证和不断改进，科技人员最终确定了两翼展开式设计方案，-Y太阳翼为一次展开并锁定在-190°位置；+Y太阳翼可重复展开，除实现对日定向功能外，还能在月夜休眠阶段收拢至零位状态保温、在月午温度较高期间能竖起展开到90°遮阳，这在其他航天器上从未应用过。
为了保证太阳翼适应月面恶劣环境的考验，科技人员一方面增加地面试验的次数，另一方面还提高了地面试验的难度。比如温度适应方面，地面试验中做到了零下200摄氏度到165摄氏度，以确保产品的可靠性。
在地球造月宫开展演习
尽管给“玉兔”带上了大量“户外装备”，科技人员仍担心它难以适应月球环境。怎么办？干脆造一座“月宫”让它演练一下。航天科技集团实施的地面验证试验，成为这次试验任务的一大亮点。
要最大程度地营造月面环境，除了低重力环境、超过300摄氏度温差的高低温环境、超高真空环境等因素外，光是模拟月壤、月貌就让科技人员大费周章。
月壤颗粒的中值粒径大约在40至200微米之间，平均约70微米。科技人员翻阅了大量资料，选取了多种火山灰进行比对，在分析矿物组成、化学成分、相似的颗粒粒度、机械强度、密度和力学性能等物理特性，并综合价格、运输条件等外部因素后，选取了东北长白山的火山灰作为模拟月壤。他们把不同中值粒径的模拟月壤按照试验需求铺装在不同区域，最终建成了月表综合形貌实验室。
在这间尘土飞扬、没有空调的实验室里，科技人员陪同“玉兔”开展了艰苦的训练。仅移动分系统极限能力试验行驶里程就累计超过20公里，爬坡次数、越障次数各达到700多次，一个个数据让月球车的安全系数不断提高。有这些充分、扎实的前期工作为基础，相信“玉兔”一定能在月球上做出精彩表现。
http://www.qstheory.cn/kj/kxpj/201312/t20131216_302934.htm
这就是怀疑登月作假人士梦寐以求的“好莱坞摄影棚”啊。
楼主科普辛苦了。
锻铁 发表于 2013-12-18 03:23
这就是怀疑登月作假人士梦寐以求的“好莱坞摄影棚”啊。
所真是到达好莱坞科幻场景的高度，那的确是件可喜可贺的事啊。很多方面md比老毛子细致得多，登月本来就是个细致活儿
这就是怀疑登月作假人士梦寐以求的“好莱坞摄影棚”啊。
所真是到达好莱坞科幻场景的高度，那的确是件可喜可贺的事啊。很多方面md比老毛子细致得多，登月本来就是个细致活儿
在我国未来的深空探测计划中，比如火星、金星探测中，核电池会发挥越来越大的作用。
嫦娥五号要降落在月球上，探测取样后实现月面起飞，然后绕月飞行。由于嫦娥五号没有能量飞回地球，需要在发射嫦娥五号时，同时发射一条飞船在月球外面绕飞，在月球轨道等嫦娥五号上来与其交会对接，并将其带回地球。
由于嫦娥五号的有效载荷太重太大，需要研制新火箭进行发射。据了解，新的长征五号火箭正在研制中，这是一款直径为5米的重型运载火箭，目前已突破多项关键技术，进入到试样阶段，并预计于2015年左右在中国海南省文昌卫星发射中心首飞。
责任编辑：刘昆
由于嫦娥五号的有效载荷太重太大，需要研制新火箭进行发射。据了解，新的长征五号火箭正在研制中，这是一款直径为5米的重型运载火箭，目前已突破多项关键技术，进入到试样阶段，并预计于2015年左右在中国海南省文昌卫星发射中心首飞。
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落月探测
——美苏大跃进时期——
粉色：月亮神 前苏联
绿色：探测者 美国
蓝色：阿波罗 美国
————正常时期————
黄色：嫦娥 中国
落月探测
——美苏大跃进时期——
粉色：月亮神 前苏联
绿色：探测者 美国
蓝色：阿波罗 美国
————正常时期————
黄色：嫦娥 中国