月球车月夜生存：发回88幅月面全景图、技术指标与电力供应

说完了着陆过程，接下来，我们就要看看嫦娥三号上另外一个重要的系统了。

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机器人车辆。在试验室里，这个重要角色的学名是“月面巡视探测器”，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。为了使月球车在月面上能够顺利行驶，美国、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试验，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。

1970年11月17日苏联“月球”17号探测器把世界上第一个无人驾驶的“月球车”1号送上月球，它行驶了10.5千米，考察了8万平方米的月面。后来的“月球车”2号行驶了37千米，向地球发回88幅月面全景图。

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千米。斯科特和欧文成为在月球上漫步的第7位和第8位宇航员，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，他们从着陆器上卸下“月行车”，开始了他们的勘探旅行。月行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月行车的电视摄影机，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8千米，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。

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。这类月球车的行驶是靠地面遥控指令或自主导航。

有人驾驶月球车是由宇航员驾驶在月面上行走的月行车。主要由月球车的每个轮子的各一台发动机驱动，靠蓄电池提供动力。轮胎在零下100摄氏度低温下仍可保持弹性，宇航员操纵手柄驾驶月球车，可向前、向后、转弯和爬坡。主要作用于扩大宇航员的活动范围和减少体力消耗，它可随时存放宇航员采集的岩石和土壤标本。

月球车底盘用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。

从某种意义上说，月球车属于机器人技术。月球车无论是轮式的还是腿式的，都应具有前进、后退、转弯、爬坡、取物、采样和翻转（跌倒后能翻身）等基本功能，甚至具有初级人工智能（例如识别、爬越或绕过障碍物等）。这些都与现代机器人所具有的功能相似。

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，功耗低”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上应有所突破。(www.zuozong.com)

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，就目前了解到的情况看，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。

中国制作月球车也属首次，正是在各种条件都非常困难的情况之下，中国的科研人员生产出一个完全属于“中华牌”的月球车。在研制过程中，排除了各种难关。

重力。月球重力是地球的六分之一，那便意味着，质量为50千克的东西，在地球上所受重力约500牛顿，到了月球表面则变成约80牛顿。因此，月球表面的土壤非常松软，月球车的行进效率会降低。

路况。月球表面崎岖不平的路面，有石块、有撞击坑，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。

人工智能。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。

电力供应与月夜生存。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。因此，月球昼夜间隔大约相当于地球上的14天。也就是说，登上月球以后的月球车，最多可以连续工作14天，进入月夜以后，它由于无法通过光能发电，进入休眠状态。14天后，又能自动醒来。在月球的夜晚，温度下降到零下150℃—零下180℃，月球车上的各类仪器和电子设备，都将损坏，至少在仪器舱内需要保持零下40°以上的温度，才能安全度过漫长的月夜。唯一能满足这种要求的是原子能电池，可连续工作30年，这项技术中国已经攻克。

欧阳自远反复强调，月球车从着陆器上运行下来，然后要在月球上行走，这里面有好多关键技术需要攻克。

作为航天器的月球车，它同样是由有效载荷、结构、机构、电源、制导、定位与控制、热控制、数据管理和测控等分系统组成，其研制管理是一项系统工程；月球车同样是属于不可维修的“上天”产品，对质量和可靠性要求非常高。因此，在进入工程研制后，应参照航天系统多年来通过各种卫星研制管理实践所积累的一整套行之有效的系统工程与质量管理制度和方法，加强质量控制。

总之，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。

抗辐射。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。

防冷焊。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。

月球表面昼夜温差变化。月球表面白昼温度高达150℃，黑夜时低至零下180℃，温差超过300℃，尤其是月面上的昼、夜分别长达约350个小时。这种严酷条件是过去环地运行航天器所未曾遇到过的，如何保证月球车在长时间极端温度条件下正常工作，是月球车也是月球探测工程需要解决的关键技术。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。

在前面所讲的热试验，就是为了克服这一难题。正是中国的科研人员解决了一个又一个的难题，才让月球车上的五星红旗显得如此鲜艳。