專家揭秘中國"月球車" 如何適應月球凶險環境

    由上海航天局聯合國內數十家科研機構共同研製的月面巡視探測器通常被稱為“月球車”，它是我國“繞、落、回”“三步走”探月工程中，實現第二步“落”的重要部分。 MR－2月球車採用獨立驅動的六輪搖臂式行走系統，可爬越30度斜坡，跨越25厘米障礙。行進速度為每小時100米，最快可達每秒5厘米。 新華社記者 陳飛 攝

    3月31日，我國自行研製的兩款月面巡視探測器（通稱月球車），首度在上海第三屆中英空間科技合作研討會上公開亮相。這個長得像小鴕鳥一樣的小傢伙究竟將如何在陌生而凶險的月球上保證自己的衣食住行？已經能在沙石中行進自如的月球車能否適應真正的月球環境？又有哪些難關等著科研人員們繼續攻克？帶著這些問題，筆者採訪了國家天文臺和中國科學院力學所的相關專家。

　　———月球車———

    出現在筆者面前的月球車，金黃的外殼上聳立著一根細長的“脖子”，平平展開的太陽能帆板像是一雙寬大的飛翼，而在“脖子”上方，攝像機鏡頭明亮地反著光，於是遠遠望去，月球車很像一隻顧盼靈活的小鴕鳥。

    身軀巨大的鴕鳥能在環境惡劣的沙漠中來去自如，這一點一向讓人嘖嘖稱奇。然而與月球車相比，它的能耐不過是“小巫見大巫”。在實驗室現場，這輛高1．5米、長1．2米、寬0．8米的月球車，在細沙中爬坡、越障，都不在話下；當遇到超過30度的斜坡、高於25厘米的石塊或直徑大於2米的撞擊坑時，它更是聰明地懂得選擇繞行。

    然而，有關專家表示，此次亮相的兩款“月球車”還只是原理樣機，要成為真正意義上的“月球車”，下一步還需攻克一些關鍵技術，如在極端溫差以及相當於地球1/6重力環境下的生存適應、月夜期間能源供應、視覺導航等。

　　———種種疑問———

　　疑問一：衣———如何防輻射防塵？

    因為缺乏大氣，登陸後的月球車將完全暴露在多種宇宙射線下，強烈的電磁輻射可能破壞電子遙控系統，這對接收系統的最大接收功率提出了相當高的要求。

    另外，月球的表面覆蓋著一層厚度不一的月壤，有些地方厚達5到6米。微塵對儀器設備的磨損很有可能影響儀器的工作效率與數據分析的準確程度。

    難點一：月球輻射環境在地球上很難得到完全真實的模擬。

    國家天文臺科研人員黎耕指出，月球每天都會直接面對超新星與太陽風暴等大量宇宙射線，而當宇宙射線擊中月球表面時，會引發微型的核反應，其結果就是月球表面也産生大批危險的次級輻射。換句話説，月球車等於處在宇宙輻射的“天羅地網”之中，這增加了月球環境的還原難度。

    難點二：如何在微重力狀況下減少微塵對儀器設備的磨損。

    由於太陽紫外線輻照的影響，月壤細粒會週期性的升起，而月球重力僅為地球的1/6，月球車行走時更容易帶起大量月壤細粒，進入甚至覆蓋月球車所載儀器設備。

    為此，美國田納西大學的科學家們提出利用磁場製作月球空氣過濾器的設想。利用多個永久磁鐵産生一個巨大的磁場，以吸附空氣中的月球塵埃微粒。而關掉過濾器，就能把塵土擦掉。專家認為這為我國月球車的研製提供了一些新的思路。

    疑問二：食———如何抗餓14天？

    月球自轉一週是28天，因此月球上的一個夜晚相當於地球上的14天。這意味著長達半個月的時間裏，月球車無法指望太陽能供電，它究竟要怎樣開源節流，才能熬過漫長黑夜？

    突破一：同位素熱源增加能源供給量。

    我國新研製的月球車將借助同位素熱源，保證月球車在月夜中的正常運轉。專家指出，這將大大縮小蓄電池的體積，有利於增加單位體積下月球車的能源供給量，幫助其儲備足夠的冬糧。

    為了説明同位素熱源在縮小蓄電池體積上的優勢，科研人員以某種利用同位素衰變原理髮明的核電池為例，其重量僅為160克，體積僅為18立方毫米，如果換用産生同樣功率的化學電池，則重量幾乎與成人的體重一樣。

    突破二：月球車在夜晚“縮骨”保溫。

    據上海航天局專家透露，為了盡可能多地吸收太陽能轉化為能量，日間月球車會伸展雙翼儘量擴大自己與外界的接觸面積，但到了寒冷的夜晚，過大的接觸面積同樣會加快月球車的熱量損失，因此，夜晚的月球車將會跟小動物睡覺一樣縮成一團，將接觸面積減到最小。

     疑問三：住———如何適應冰火兩重天？

    由於月球沒有大氣層，溫度的變化全由陽光直接決定，所以日間最高溫度可達150℃，而夜間則會降至零下180℃，晝夜溫差高達330℃；而且因為月壤的熱導率極低，即使在日間，只要月球車的一個部件處在陰影下，陰影中與陰影外的溫差同樣高達300℃，是一個徹底的“冰火兩重天”。

    難點：巨大溫差對月球車材料提出苛刻要求。

    由於月球的巨大溫差，月球車材料必須保證自身的工作溫度橫跨300℃。這是月球車下一步研製工作的重點攻關對象之一。參與研製的科研人員尤其指出，過大的溫差會使橡膠迅速老化，因此月球車輪胎將使用特殊材料，克服溫差。

     疑問四：行———如何在月球上學走路？

    地月之間38萬公里的距離，使得月球車接收地面指示需要3秒鐘時間，因此月球車在月球上走路，第一就是要學會認路。而月球表面崎嶇不平，除了各種山坡，還有大大小小的石塊兒與隕石坑，這要求月球車還需有一雙好腳力。

    突破一：採用新型視覺系統。

    此次展出的月球車，擁有3雙眼睛，其前、後和頂端，各有一架雙目立體相機。其中，位於車頂端的全局導航相機可以360度旋轉。據專家介紹，這三雙“眼睛”能觀察到前方3米以內的地貌，進而自己編輯地圖確定行進路線。而當前方遇到大於30度的斜坡、高於25厘米的石頭、直徑2米以上的月面撞擊坑時，“眼睛”會在3米之外發出預警，指示月球車緊急繞行。

    突破二：採用獨立驅動的“六輪搖臂式”行走系統。

    此次在上海展出的無人月球車，針對月球的複雜地貌，採用了獨立驅動的“六輪搖臂式”行走系統。中國科學院力學所科研人員劉兆解釋道，月球車的每個輪子都有自己獨立的驅動系統，使得它們可以自行調整高度，就仿佛人的各個關節，既可以互相協助，又可以獨立運動，“是一位名副其實的‘爬行高手’”。

    難點：重力對月球車行走的制約。

    月球重力僅為地球的1/6，這使得月球表面的土壤遠比地球上鬆軟，月球車的行進效率會降低。而低重力導致的摩擦系數降低，使得月球上的行走遠比地球上容易打滑，這對月球車的控制系統提出了更高的要求。如何在微重力的環境下保證動作的準確度、提高月球車的行進效率，是科研人員下一步的工作重點之一。

     原始新聞

    中國自行研製的兩款月面巡視探測器，3月31日在上海宇航系統工程研究所亮相。

    月面巡視探測器通常被稱為月球車，是中國“繞、落、回”“三步走”探月工程中，實現第二步“落”的重要部分。

    此次展示的兩款月球車，型號分別為MR－2和MR－3，是由上海航天局&&，哈爾濱工業大學、瀋陽自動化研究所、國防科技大學等數十家單位聯合研製的。

    有關專家表示，此次亮相的兩款月球車還只是原理樣機，要成為真正意義上的“月球車”，下一步還需攻克一些關鍵技術，如在極端溫差以及相當於地球六分之一重力環境下的生存適應、月夜期間能源供應、視覺導航等。（周瓊）

責編：戴昕