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没点真本事都不好意思被叫是月球车

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今年年初,嫦娥四号着陆器与玉兔二号月球车进行了互拍并传回图像。照片中,它们在月背相望,似乎冰冷的月面也被温暖了。本篇,和大家讲讲巡视器,也就是月球车的知识。

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嫦娥四号着陆器与巡视器互拍

巡视器,也就是通常说的月球车,是一种能够在月球表面移动,完成探测、采集和分析样品等复杂任务的机器人。它可以代替人承担在月面上的科学考察、设备安装等任务。

这种亲临其境的探测方式,在精度上比只发射一颗卫星对月球进行遥感探测要高得多。同时,与载人登月考察相比,月球车在技术难度、成本和风险上还是要低很多的。

聪明的大脑

月球车在月球上长时间独立工作,是个智能化很高的设备,人类只能从38万千米以外对它进行遥控。通常,月球车要有分析能力,不但要进行取样等操作,还要对样品进行分析、计算,并且把结果传回地球,可以说是行走在月球上的“月球科学家”。

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月球车需要地面人员从地球上远程遥控

月球上凹凸不平,布满了大小不等的撞击坑和长度在几厘米到几十米不等的岩石。因此,月球车必须能够自己识别各种障碍和“陷阱”,通过计算对这些危险作出判断,做好局部路径规划和运动规划,从而提高探测效率。

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玉兔二号走到嫦娥四号着陆器旁的路线

聪明的月球车还必须是半个“医生”,如果在月球上“生病”了,那么就要有一定的诊断能力。月球车的软件系统应具有局部修改功能、重新安装功能,必须能够随时监测运动状态(如速度、加速度、姿态等)、电源状态、控制系统健康状态等。

强壮的体格

月球车要经得住恶劣环境的考验和煎熬,经得起晒、冻、热、辐射和低压环境的考验,还要能够长期承担特殊的实验工作。

月球表面光照条件和昼夜温度变化很大,单说昼夜温度就相差约300℃,同时,白天和夜晚还各持续约14个地球日,因此,月球车的机械、电气、视觉系统及其他系统,必须在严酷的温度范围内长时间保持良好状态,并能执行各种任务。

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月球上的一个晚上有地球上14天

月球车的“身体素质”除了能耐受严酷的温度环境外,还要承受强烈的辐射和真空环境。它特殊的“眼睛”——光学和电子敏感器件,必须能在太阳耀斑和带电粒子辐射环坑下“看清”各种目标,其他电子仪器也必须能够承受热辐射和带电粒子辐射。摄像系统在太阳高度角不断变化的情况下,还要能够自动处理强烈的阴影影响,避开光线很弱的地方。

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玉兔二号拍摄照片嫦娥四号着陆器清晰可见

除此之外,在大气只有地球上的一百万亿分之一的超真空月球环境中,结构材料或仪器材料要能避免真空下的材料脱气,防止材料性能下降或失效。

充沛的精力

月球车要完全靠自己解决长时间能源供应问题。

在月球上,月球车能够获得的能源主要是太阳能,所以,白天可以通过太阳能电池和蓄电池来来提供动力和能量;在漫长的月夜,则必须依靠自带的高效电源装置解决月夜的“能源危机”。

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月球车要自己解决能源供应

辨认方向的能力

月球车要有辨认方向的特殊本领。我们航行在大海时,可以靠指北针辨认方向,靠陀螺仪来确定方位。但是,月球几乎没有磁场,磁针或磁陀螺无用武之地,怎样确定月面方向呢?

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指北针

我们在迷路时可以借助星星辨认方向,同样,月球车也可以用太阳和星星作参照物,同时利用月球轨道信息和月球自转信息来确定指北方向,也就是采用太阳敏感器、星敏感器以及月球星历和自转信息来确定月面指北方向。

较强越野能力

月球的表面是一层很厚的松软月壤,承载能力较低,而月球车加上所携带的有效载荷,重量不轻,这就导致月球车“踩”在月壤上会下陷。如果月球车下陷超过一定程度,它就无法正常行驶。所以月球车的质量、车轮设计必须要满足月壤的承压能力,才能保证月球车月球表面行走。

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月壤

月球车每个轮子有单独的驱动系统,就算某个轮子被卡住,其他轮子也能保证月球车脱离险境。为了能“逃离”困境和危险地区,月球车要有前进、后退、转向运动的能力,而且还要能够越过一定高度的砾石,跨过一定宽度的沟壑,穿越一定深度的撞击坑,爬过20°的斜坡,适应30°的侧倾角。

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月球车每个轮子有单独的驱动系统

娇小的身躯

把月球车运往广寒官的“票价”显然十分昂贵,再加上运载火箭的能力也有限,所以月球车应该身材苗条,体积不能过大,质量也不能太重。以玉兔二号为例,它的总重量只有约140千克,是目前为止全球最轻的月球车。在到达月球前,月球车必须能折叠成较小的体积,到了月球后再展开。

相比前辈玉兔号,在月球背面巡逻的玉兔二号还有独特的本领。

为了更好迎战昼夜极热极冷的月面环境,保证所有设备在月夜-180℃的环境中不被冻坏,玉兔二号采用了同位素热源为仪器设备供热,确保安全可靠地度过月夜。

玉兔号曾出现过电缆短路故障,这回,科研人员对玉兔二号的电缆进行了最小化的裸露改进,还针对钩挂、摩擦等场景做了上千次试验,提升了玉兔二号整体的可靠性,确保它能够在月背正常运行。

嫦娥四号的着陆器和月球车既是相对独立的两部分,又是不可分割的统一整体。只有当它们各自发挥本领又相互合作,才能圆满完成探月任务。

参考文献/《奔向月球》、央视网

文/段婷

编辑/杨斯爽、贾冰玉

审校/杨洁

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