当前位置: 首页 > >

月球车(进行月球探测的专用车辆)

月球车是一项技术复杂、要求严格的研究开发任务,开发者除了要突破、掌握同机器人相关的轻型机械、机构、遥操作、自主导航和机械臂等技术外,更重要的是要在按航天器的规范与标准研制管理上多下工夫。分为无人驾驶月球车和有人驾驶月球车两种。1970年11月,前苏联发射的无人驾驶的“月球车”1号成功降落在月球上,成为世界上第一个月球车,1971年7月,美国阿波罗15”号宇航员戴维斯-R-斯科特和詹姆斯-B-欧文进行了人类首次有人驾驶的月球车行驶。

2013年12月发射的嫦娥三号的任务是要实现落月就位探测和巡视,它不仅要在月球表面上实施软着陆,并且还要在月球上释放我国首辆月球车。2013年9月25日,国防科工局召开发布会,揭开了嫦娥三号月球车的神秘面纱,并面向全球征集名称。2013年11月26日,中国首辆月球车——嫦娥三号巡视器全球征名活动结束,月球车命名“玉兔”。此名”既体现了中华民族的传统文化,又反映了中国和平利用太空的宗旨。 

月球车是一种能够在月球表面行驶并完成月球探测、考察、收集和分析样品等复杂任务的专用车辆。在实验室里,这个重要角色的学名是“月面巡视探测器”,为了使月球车在月面上能够顺利行驶,美国、前苏联曾发射了一系列的卫星探测,并对月面环境进行了反复的科学实验,为在探测器上携带月球车的成功打下了可靠的基础。科学家对经由月球车月面的实地考察所带回的宝贵资料进行了分析研究,大大深化了人类对月球的认识  。

月球车可分为无人驾驶月球车和有人驾驶月球车。无人驾驶月球车由轮式底盘和仪器舱组成,用太阳能电池和蓄电池联合供电。世界上第一台无人驾驶的月球车于1970年11月17日由前苏联发射的月球17号探测器送上月球。

月球车底盘由铝合金管型材料制成,并且中部装有铰链,以便储存物品。每个铝制车轮都有自己的电力驱动器和机械制动器。轮胎由涂有锌层的编制钢网丝网制成。所有的月球车最终都被留在了月球上。

1970年11月17日苏联“月球”17号探测器(见“月球”号探测器)把世

1971年7月31日,“阿波罗15”号宇航员戴维斯-R-斯科特和詹姆斯-B-欧文进行了人类首次月球车行驶,他们驾驶着4轮月球车,在崎岖不平的月球表面上,越过陨石坑和砾石行驶了数公里。 斯科特和欧文成为在月球上漫步的第7位和第8位人,而且是第一个在月球上驾车行驶的。

他们于30日在月球的“雨海”登陆,并于美国东部时间31日上午9时25分离开“隼”号登月舱。几分钟之后,他们从宇宙飞 船上卸下月行车,开始了他们的勘探旅行。游车的前舵轮操作不灵,但是按设计只有后轮驱动,后驱动轮运转良好。

当宇航员们在埃尔鲍陨石坑的边沿停下时,位于休斯顿的任务控制台打开了游车的电视摄影机,向地球传送非常清晰的彩色 图像。电视观众可以看到宇航员挑选和采集月石标本。有一次, 他们兴奋地喊道,“这里有些漂亮的供地质研究用的岩石。”

他们驾车行驶了两小时,走了8公里,之后又回到登月舱。 按计划,斯科特和欧文将在后两天驾驶月行车做更多的旅行。他们将同在指挥船中的另一名“阿波罗15”号宇航员阿尔弗雷德- M-沃顿会合,一起返回。

2019年1月3日,嫦娥四号任务月球车名字揭晓,月球车命名为“玉兔二号”;1月3日10时26分成功着陆月球背面,随即着陆器与巡视器分离,开始就位探测和巡视探测。 

无人驾驶月球车──由轮式底盘和仪器舱组成,用太阳能电池和蓄电池联合供电。这类月球车的行驶是靠地面遥控指令。1970年11月17日,苏联发射的 “月球”17号探测器把世界上第一台无人驾驶的月球车── “月球车”1号送上月球。此车约重1.8吨,在月面上行驶了10.5公里,考察了8万平方米的月面。此后苏联送上月球的 “月球车”2号行驶了37公里,并向地球发回了88幅月面全景图。

有人驾驶月球车──这是由宇航员驾驶在月面上行走的车。主要用于扩大宇航员的活动范围和减少宇航员的体力消耗,可随时存放宇航员采集的岩石和土壤标本。这类月球车的每个

但是,月球车仅有这些功能是不够的。它是一种在太空特殊环境下执行探测任务的机器人—— 太空机器人,既有机器人的属性,更具有航天器的特点,不同于地面使用的工业机器人、医学机器人和家用机器人。

“质量轻,体积小,耗功低”从来就是航天器设计的金科玉律,在最近的航天优势产品的评价指标中被称为“常规三项”;追求“轻、小、低”是航天器研发的永恒主题。航程越远,要求越高,对月球探测器的质量、体积和功耗要求就更轻、更小和更低。根据中国运载火箭可望达到的能力,1台月球车需要由比它重300倍的运载火箭发射,这是发射同样质量地球卫星的运载火箭质量的4~6倍。

月球车是一个可移动的平台,它要携带若干有效载荷,如探测仪器或挖掘采样器等。这些设备和装置必须小型化、轻型化。月球车通常作为月球轨道器的有效载荷,轨道器又作为运载火箭的有效载荷安装在火箭顶端直径狭小的整流罩里。月球车应制成可折叠式,以尽可能缩小发射体积。月球车的电源来之不易,用太阳电池发电,其面积和质量与功耗大小成正比;若用一次性电池,质量与使用时间成正比,为了减轻质量,也必须降低功耗。因此,月球车的设计必须充分采用微电子器件、微型机械和轻型材料,在开发应用微机电系统(mems)

在正式接受任务时,月球探测工程总体会提出月球车的质量、尺寸和功耗的指标要求。月球车应按规定技术指标研制。据首席科学家说,截至2013年9月了解到的情况看,已经做出来的月球车样机的质量比设想中的指标超出好多倍,甚至高出一个数量级。

月球车必须适应航天特殊环境,包括力学环境和空间环境。力学环境指月球车在发射上升过程中运载火箭产生的冲击、振动、过载和噪声;在月面降落过程中制动火箭产生的冲击、过载和可能用气囊缓冲着陆产生的多次弹跳、翻滚。月球车必须经得起这些“摔、打、滚、爬”等折腾。

月球重力是地球的1/6,那便意味着,质量为50千克的东西,在地球上所受重力约500牛。到了月球表面则变成约80牛。因此,月球表面的土壤非常松软,月球车的行进效率会降低。

月球表面崎岖不平的路面,有石块、有陨石坑,还有坡。在这种情况下,设计的轮子便需要克服重重障碍,既不能打滑,也不能翻车,必须做到前进、后退、转弯、爬坡,样样在行。

在月球的一个自转周期内,温度相差可以达到310℃。月面上如此急剧变化的温度环境会使橡胶迅速老化,因此月球车轮胎要使用特殊材料,克服温差。

月球车是个智能机器人,需要具备独立处理各种环境的能力。由于距离太远,无法通过遥控的方法处理反馈信息。月球车需要配置若干个传感器,在得知周围环境、自身姿态、位置等信息后,通过地面或车内装置,形成三维地形图。进而编辑方向,勾画出到达目标点的路径,并导航控制月球车走到目的地。

月球的自转引起月面的昼夜变化。月球上一天的时间,大约相当于地

2013年,“嫦娥工程”将实现“落地”,月球车、着陆器也将发挥重要角色。“月球车,从软着陆器上跑下来,然后要在月球上走,这里面有好多问题。”中国科学院院士、中国探月工程首席科学家欧阳自远反复强调其中的技术难关。与此同时,为了解决月球地面、温度、辐射等一系列问题,中国各个科研单位的研究人员正绞尽脑汁制造中国版的月球车。

作为航天器的月球车,它同样是由有效载荷、结构、

在月球车硬件产品研制出来后,必须对实物产品进行性能试验和环境模拟试验,要在模拟月面尽可能真实的环境条件(高真空、高低温、太阳光照、宇宙辐射、低重力和月球表面地形地貌等)下,进行程序操作和运动特性等试验,不能单纯相信计算机仿真的结果,必要时需创造条件进行飞行演示试验。试验条件越逼真越好。

首先应了解地月和月面空间辐射的类型、能量和强度。对月球车上使用的电子部件,特别是对辐射尤为敏感的高集成度微电子器件,应采取相应的抗辐射加固措施。月球的自转引起月面的昼夜变化。月球上一天的时间,大约相当于地球上的27天略多。

月球车上的机构及其他活动部件,例如月球车从发射时的折叠状态展开成型,车轮及其驱动、转向机构,天线的展开及指向机构、采掘机械臂等,在高真空条件下收藏、压紧100多小时后,应保证不会“焊住”或卡死,能顺利展开和活动。

月球表面重力只有地球表面重力的1/6。某些在地面上能正常完成的机械运动,特别是依靠机构自身重力完成的动作,在低重力的月球表面是否仍能正常动作,也还是待解之谜。

月球表面白昼时温度高达150℃,黑夜时低至-180℃,温差

1971年7月31日,美国“阿波罗15”号宇航员戴维斯-R-斯科特和詹姆斯-B-欧文进行了人类首次月球车行驶。

美国宇航局推出的21世纪新型月球车。  2008年6月,美国宇航局在华盛顿摩塞斯莱克(Moses Lake)沙漠地

月球车是在月球表面行驶并对月球考察和收集分析样品的专用车辆。在实验室里,这个重要角色的学名是“月球探测远程控制机器人”,公众已经习惯叫它“月球车”。世界上第一颗人造  卫星发射成功后,人们便开始了飞向地外天体的准备。然而,在对月球表面探测过程中,采取什么的运输工具才有可能在月面上进行实地考察呢?于是,产生了月球车。科学家对经由月球车月面的实地考察所带回的宝贵资料进行了分析研究,大大深化了人类对月球的认识。

美国宇航局选择的测试地点与未来要登陆的月球表面地形十分相似,以便检测月球车、遥控机器人和探月宇航员的新式宇航服等样品,模拟未来宇航员在月球上的活动中各种设施使用功能。宇航工程专家尝试未来修建月球基地的“人机配合”活动,由宇航员利用机器人和月球车进行月球基地选址勘测,铺设太阳能电池板和电缆等。 

中国的月球车

哈尔滨工业大学曾制造过一款“六轮摇臂转向架式”月球车,上海交通大学也制作过一款外形炫目的“小蛛

2007年10月24日,“嫦娥一号”将由西昌卫星发射基地直入广寒宫。中国探月工程已进入实施阶段。2013年,中国的第一个软着陆器将登陆月面。

探月工程开启了中国深空探测事业的大门。由此开始,一系列的深空探测器将逐渐进入人们的视野。“月球车”则是其中的首发队员。

按照中国航天计划时间表,2013年,12月,“嫦娥三号”会将“玉兔号”月球车送上月球,使其完成月球软着陆过程,并实施无人登月探测,主要任务是探测月球表面和内部情况。

2013年12月2号凌晨1时30分,嫦娥三号卫星搭载长征三号乙遥二十三运载火箭由西昌卫星发射中心发射升空,直到在月球表面虹湾区软着陆,嫦娥三号要经历13天的旅程。

月球软着陆器通过反推火箭缓冲,在月面上徐徐降落,舱门打开,自动弹出斜梯。月球车缓舒展开蜷缩的身体,调整好姿态,走出舱门,滑下斜梯,开始漫步月球……

被誉为“嫦娥之父”的中国科学院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自远曾这样描述中国月球车将来登临月球的场景。据悉,我国2013年下半年将发射首个月球着陆探测器——嫦娥三号。

备受外界瞩目的是,此次嫦娥三号的发射将搭载一部由我国自主研制的“中华牌”月球车,并首次实现与月球的零距离接触。“月球车”全名为“月面巡视探测器”,是集航天系统工程和智能机器人为一体的航天器,能完成月球探测、考察、收集和分析样品等复杂任务。

中华牌整装待发

中华月球车由航天科技集团第五研究院主要负责研制,自重120公斤,可载重20公斤,寿命为3个月,可在月球上3公里范围内连续行走10公里,具有自动避障等功能。

欧阳自远指出,由于月球表面没有空气,因此月球车下降时需要开启发动机,一边落一边往上推,慢慢落至距月球4米的位置,熄灭发动机,仪器将采用自由落体的方式,软着陆在月球上。同时,中华月球车将实现自主导航,并能指挥仪器进行操作,最后把数据传回地球。月球车底下还装有测月雷达,将切开月球下面100米深度的地方进行探测。

据专家介绍,中华月球车上有两个太阳仪,其中一个可自由旋转,寻找太阳位置,吸收热量进行发电;另外一个则可以盖在车身上减少热量散发。中华月球车采用“六轮摇臂式”行走机构,各只轮子可同时适应不同高度,是一位“爬行高手”。

此外它还有一条机械臂,能在月壤、月岩中勘探取样,供现场检测。同时,中华月球车将太阳能和核能作为能源。由于月球昼夜间隔大约相当于地球上的14天,所以当黑夜降临时,为防止车载仪器被零下100多摄氏度的低温冻坏,月球车必须要核电池的能量来保温,并维持与地面的通讯。而当新的白昼来临,电池就能重新依靠太阳能工作。

探测入乡随俗

月球是一个无风、无雨、无水、无气、冷热剧变的天体,与地球环境截然不同。因此,中华月球车想要顺利完成任务,必须为能够适应那里的环境做充分的准备。

如月球昼夜温差大,白昼温度高达130-150摄氏度,夜间可下降到零下160-180摄氏度,月球车如何能长时间在极端温度条件下正常工作是一个难题;月球表面没有大气保护,太阳风、太阳耀斑等高能粒子直接辐射到月球表面,会对月球车部分高集成度微电子器件造成损害;月球表面的重力加速度仅为地球表面的1/6,月球车能否在低重力的月球表面完成动作也将是很大的考验;月球表面的月壤也是影响月球车行驶性能的重要因素。

据了解,整个月球表面覆盖着一个松散层,由岩石碎块,角砾状岩块、砂和尘土组成,称为月壤。由于月壤松软,因此月球车在上面行驶时很容易打滑。

此外,月球车行走时,月壤细粒也会大量扬起,形成月尘,一旦附着便很难清除。同时,月尘还可能引起很多故障,包括机械结构卡死、密封机构失效、光学系统灵敏度下降等。

北京航空航天大学的高峰教授,曾参与月球车的前期论证以及地面验证试验的研究工作。本报记者采访了解到,对于中华月球车来说,“过夜唤醒”是个难题,不仅要经受电池的考验,更重要的是要经受零下160-180摄氏度低温的考验。

中科院院士叶叔华也认为,在月球生存的难度不亚于登上月球,因为月球的夜晚温度低、时间长,可谓“长夜难熬”。

登月稳扎稳打

1970年11月17日,苏联“月球17号”探测器登陆月球,释放了第一辆真正意义上的月球车。随后,美国的“阿波罗15号”飞船将人类第一辆有人驾驶月球车送上月面。1959-1976年期间,苏联和美国分别成功发射25颗和24颗无人月球探测器,人类月球探测也随之达到了第一个高潮。

1986年7月20日,经历了10年低潮期后,美国宣布重返月球,苏联、欧洲、日本等都组织力量进行研究,纷纷提出了发展计划。1998年1月6日,随着美国“月球勘探者”的顺利升空,空间探测活动又掀起了新一轮的浪潮。

归纳起来,人类对月球的探索可分为探月、登月和驻月三大步,即“探、登、驻”。截至2013年,中国正处在第一阶段,即以“探”为主方向,并按照“绕月探测、落月探测、取样返回”分三小步稳步推进。

据悉,我国正在开展载人登月前期方案论证,已有专家建议我国在2025年或2030年进行载人登月。中国空间技术研究院深空探测室主任贾阳指出,中国在探月“三步走战略”中所使用的技术将来也可用于载人登月的相关领域。

链接:绕、落、回3任务

中国探月工程分为“绕、落、回”三个任务,预计2013年下半年中国将实施“嫦娥三号”发射和落月任务。“绕”,即实施对卫星绕月轨道的控制实验并对月球表面进行探测;“落”,即将月球探测器在月球表面着陆并对月球进行实地考察;最后一步“回”,则是在完成对月球的实地考察后,将在月球上采集的实物样品带回地球。

“嫦娥一号”和“嫦娥二号”卫星相继完成了对月球的环月飞行,标志着我国探月工程的第一阶段已经完成。

2013年下半年即将发射的“嫦娥三号”将首次实现在地外天体表面无人自动巡视、首次实现(探测器)月夜生存、首次建立覆盖火星探测范围的测控通信网、首次自主开展月面就位科学探测。

这一任务的完成,将为中国的深空探测奠定坚实的基础。

 

未来科学技术

月球上的环境与地球是完全不同的。地球上使用的普通车辆到了月球就“英雄无用武之地”了。月球上没有空气,月球车不能使用汽油发动机,只能采用由蓄电池或者燃料电池供电驱动发动机的方式,即以电动车为主,以太阳能车和火箭车为辅。然而,月面上的重力只有地球上的1/6,所以不会显得很笨重。

月球车上的车轮式样与地球上一样,采用履带式和轮胎式两种。考虑到月球上的特殊球境,也可采用以火箭喷射为动力的跳跃方式和像雪橇那样的滑行方式。由于月面上白天和

正在开发的月球车中,最轻便的被称为“月球摩托车”。它有3个轮子,轮胎为网眼式,由燃料电池驱动。只可乘坐1人。由于它是暴露式的,所以驾驶人员需要身穿宇宙服。在月球上,这种车可以作为各设施之间的往返和检修太阳能电站时的交通工具来使用。

月球上的单座车,在地球上的重量约是720公斤。它没有轮胎,靠火箭喷射,在月面上作跳跃式前进。这种单座车适用于两地间的快速移动,或者往返于月球和地球的轨道空间站之间。

双座多用途高性能小型月球车,它能连续行驶80公里,有4个网眼式轮胎,以烯料电池为电源,采用更换钢瓶的方式来补充燃料。

设计中的中型月球车全长6米,地球上重量为3080公斤。以蓄电池为电源,一次充电可行驶325公里。该车采用密封式,可乘坐4人,并能载物715公斤。它前后有4条履带,既有4轮车的高速性能和良好的操纵性能,又兼备履带式车的韧性,履带是由铝网覆盖耐高温的硅胶制成的。

客货两用月球车能乘坐6人,并载物500公斤,能连续行驶180公里,它也采用密封式,有2条履带。它除了用于探测外,还可以在各设施之间运送那些没有穿宇宙服的人员和小动物。

月球拖挂车则由集装箱台车和牵引车两部分构成,用于运送物资。它以太阳能电池为动力,也可以同时使用燃料电池,这样便可以日夜兼程地在月面工作。

月球轨道巴士又称“滑轮着陆舱”,它一旦离开月球轨道,就以抵角度进入月面,在全长100公里的跑道上以时速500公里像雪橇一样滑行着陆,约2分钟后便可停止了。

还有一种中型月球探险车,装有高性能的聚光灯、高灵敏度的通信测位天线、监视摄像机和探测雷达,在月球上漆黑的夜间也可行驶。这种车为轮胎式,还能作为临时月球站来使用。

以上种种月球车,都还在开发研制当中。但是人类一旦踏上月球,在上面建立基地、开采资源,以至在月球上开展旅游业,建设月球城,这些未来的月球车一定会在人们面前出现,还可能有更新颖奇特的车出现。到那时,人类乘上月球车,实现了漫游月球的理想。

敏捷性与稳定性的关系

月球上的重力很小,车辆显得很轻,因此很容易翻。重力减小的同时,车辆和月面的摩擦力也减小了,对车辆的控制会变得很困难。加上月面的地形复杂,浮尘又很厚。这些因素都使得车辆在月球上运动时变得十分不稳定。

敏捷性要求高速度,可靠的制动,灵活的转向。但是稳定性的下降,使得车辆不能开得太快,也不能转弯太急,否则车辆很容易翻。

打望高科技

第十一届重庆高交会暨第七届国际军博会,一辆看着有点像敞篷越野的酷车出现在高交会深空探测中心展区。这就是首次公开亮相的载人月球车,它由27所985重点高校组成的教育部深空探测联合研究中心共同研发,重庆大学承担了主要的研发工作。 

这是高科技材料,整车可折叠

载人月球车刚拆封放置好,工人们就忙着用河沙布置现场。“我们在模拟一个月球表面。”重庆大学教授、博导、教育部深空探测联合研究中心副总设计师詹涵菁说。“这只是一个雏形,还没有完成设计。”詹涵菁是这台载人月球车的设计者之一。月球车从去年底开始研发,目前已经完成了结构和力学设计,接下来还有真空实验和热控实验等一系列研发过程。 

月球车的大小和越野车相似,可最多承载两人,还可携带多种设备。乍一看,这辆月球车有些“简陋”,只有一副铁架子。实际上这些架子都是高科技材料,质量轻,强度高。这么大一辆车怎样装进火箭里呢?詹涵菁说,整辆车将设计折叠和展开功能,方便运载。 



友情链接: