月球車進化論

1、個人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)月球車進化論老孫發(fā)表于2010-02-06在2009年1月20日，奧巴馬總統(tǒng)的就職典禮上，一位機器人宇航員引導(dǎo)”著一輛月球車款款走過，吸引了人們的目光。月球車在這里出現(xiàn)，不是偶然的。那個舉目可見而又遙遠的世界，40年前美國首先實現(xiàn)了載人登月，如今又再度成為國際競爭的焦點，而能夠讓宇航員輕松工作的月球車，體現(xiàn)了各國的科技實力。和其他技術(shù)一樣，月球車也在不斷地進化中 一、敞篷車的輝煌歲月飛向宇宙，浩瀚無垠！”這是迪斯尼樂園的英雄巴茲光年”的口頭禪，這個所向披靡太空英雄不知道征服了多少青少年甚至成年人，燃起他們的太空之夢。不過 巴茲光年”的原型一一阿波羅11號”登月艙駕駛員

2、巴茲 奧爾德林在40年前和指令長尼爾 阿姆斯特朗一起登 上月球時，可沒有這么風(fēng)光。由于缺少代步工具，兩位地球來客”只能穿著84公斤的笨重宇航服在月面上蹣跚行走，雖然月面的重力只有地球的六分之一，但這款由21層面料構(gòu)成的臃腫的衣服還是給他們的行走帶來很大不便，而且所攜帶的生命維持系統(tǒng)最多能夠支持4個小時。于是就有了我們在歷史影片中看到阿波羅計劃的宇航員們在月球上可笑的行走方式：要么小心翼翼地挪動，要么跳躍式”前進。笨重的宇航服再加上科學(xué)考察設(shè)備和采集的月球土壤和巖石樣本，這些重擔(dān)”給頭幾批登上月面的宇航員造成了很多困難和危險?？吹竭@里，聰明的讀者一定想到，宇航員們?yōu)槭裁床粠лv汽車去月球呢。美國航

3、天計劃的總設(shè)計師”，后來擔(dān)任馬歇爾航天中心主任的馮布勞恩也想到了這一點，早在1950年代馮布勞恩和惠普爾等航天時代開創(chuàng)者在克林周刊（ Collier s Weekly）上發(fā)表了一系列的科幻”文章，暢想” 了將來在月球、火星探索中所需要的種種技術(shù)（這一系列文章成為迪斯尼最早的太空探索電影所依據(jù)的腳本），其中就包括月球車（Lunar Rovering Vehicle ）。阿波羅計劃”使用的月球漫游車”是一款4輪車，自1969年5月開始研制，由波音公司承包（通用汽車公司旗下的Delco公司作為次級承包商參與研制），耗資 3800萬美元，共制造出來 4輛。這款車長3米，寬2米，高1米，大小和今天的大眾

4、甲殼蟲汽車差不多?？哲囍亓?09公斤，加上兩名宇航員及設(shè)備時重量約為700公斤。車上的通訊系統(tǒng)包括一架高增益的天線用來傳輸圖片和數(shù)據(jù)，以及一架低增益的天線用于傳輸聲音和電視信號。給月球車提供電力的是兩個36伏的電池。在駕駛座位的中間有一臺手柄，理論上說兩位宇航員都可以駕駛這輛車，不過習(xí)慣上都是由指令長進行駕駛。月球車每個輪子都有獨立的四分之一馬力（200瓦）的電動馬達和剎車，在月面行駛的速度為每小時1012 公里。獨立馬達保證即時某個輪子的驅(qū)動發(fā)生故障，月球車仍然能夠進行轉(zhuǎn)彎。進行冗余設(shè)計是美國宇航局的首要原則，這種設(shè)計也將月球車的掉頭半徑縮小到了 3米。這款月球車可以爬上25度的陡坡，最遠可

5、以開出 67公里，不過為了安全起見，宇航員的活動范圍不超過10公里，這樣萬一月球車出了故障，他們還可以在生命維持系統(tǒng)失效前步行回到登月艙。月球車的首次使用是在阿波羅15號”任務(wù)中。阿波羅15號原本的計劃是和前幾期登月相同的任務(wù)，但在1970年9月2日美國宇航局突然宣布取消了阿波羅18號及其之后的登月計劃，將阿波羅15、16、17號從H類任務(wù)（即在登陸地點附近進行有限活動）改為 J類任務(wù)（在月面停留時間更長，并使用月球車等 更新的裝備進行更多的科學(xué)考察）。月球車的使用極大的擴大了宇航員的活動范圍，從而得到更好的科學(xué)結(jié)果。1971年7月31日，也就是阿波羅15號登上月球的第二天，載人月球車第一次使

6、用。指令長大衛(wèi)斯科特（David Scott ）駕駛月球車和登月艙駕駛員詹姆斯艾爾文（James Irwin）一起前往3公里外的Elbow環(huán)形山考察并采集樣本，然后再到另一處地點哈得利山考察，然后驅(qū)車返回登月艙。第二次前往哈得利山考察時，艾爾文發(fā)現(xiàn)了著名的創(chuàng)世紀之石”（Genesis Rock ，或者叫起源石），這塊斜長巖是在另一塊大石頭上發(fā)現(xiàn)的，后來的分析證實它應(yīng)該是在太陽系形成初期就生成了，其年齡至少有40億年。在離開月球之前，斯科特在月面上做了自由落體時間，將一根羽毛和地質(zhì)錘同時放開，由于月面上沒有空氣阻力，二者同時落地，這是四百年前伽利略已經(jīng)從 理論上證實的。不料在斯科特打算彎腰撿起這

7、根羽毛的時候，艾爾文一腳踩過，于是這根具有重要意義的”羽毛就永久地留在月球上了。斯科特和艾爾文在月面逗留三天，艙外活動18小時37分，驅(qū)車行進27公里，收集了約77公斤月巖。有了月球車，宇航員們就輕松阿波羅15、16、17號所完成的科學(xué)考察月球博物館”的一部分。最近，印度的月船一多了，斯科特甚至說：我真想坐下來玩一會兒石頭，這些閃閃發(fā)亮的小石頭真是可愛極了 任務(wù)，包括收集的月巖數(shù)量，都遠遠超過前幾次。這三臺月球車永遠地留在月球上，成為 號”衛(wèi)星和美國的LCROSS衛(wèi)星都發(fā)現(xiàn)了阿波羅計劃留下地月球車的活動遺跡，也讓所謂的登月騙局”的謠言徹底破滅。在上個世紀的美蘇太空爭霸中，蘇聯(lián)也不示弱，并成功地

8、趕在美國月球車之前將兩臺無人駕駛月球車成功送上月球，分別稱為月球車1號、2 號（Lunokhod 1、2）。月球車1號搭載在 月球17號”上于1970年11月17日在月面雨海地區(qū)著陸，這是第一次在地球上另一個世界上的機器人進行遠程控 制。而這輛月球車的外形像個圓桶，上面有一個凸起的蓋子，車下面是8個輪子，每個輪子也都是獨立控制。車上的裝備包括一架錐形天線、一個高精度定向的螺旋天線、四臺電視攝像機，以及一些用來測量月壤密度和物理、化學(xué)特征的設(shè)備。在凸起的蓋子下面是太陽 能電池。天線負責(zé)將月面上的狀況傳送給莫斯科一個五人小組，由他們遠程操控月球車的下一步行動。這臺月球車長2.2米，寬1.6米，重7

9、56公斤。月球車1號一共運行了十一個月（只能在月亮上的白天進行工作），一直到1978年10月4日才宣告終止，這一天是蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星的日子。它一共行進了10公里，傳回兩萬多幅電視圖片和超過 200幅全景照片。車上裝載的 X射線望遠鏡觀測了太陽的 X射線波段，而激光器則用來進行地球距離的測定試驗。1973年1月15日，月球車2號由月球21號”搭載降落在澄海地區(qū)。這臺月球車比 1號稍重，達到840公斤，長1.7米，寬1.6米, 高1.35米。它有兩種速度模式，每小時1公里或2公里。為了防止月球車在月球上漫長的夜里被超級低的溫度凍壞，車上攜帶了同位素?zé)嵩矗闷漆曉氐乃プ兲峁┠芰?，保持月球?/p>

10、的溫暖。不過在當年6月4日這項任務(wù)宣告結(jié)束，蘇聯(lián)方面沒有公布原因，一般認為可能是由于5、6月間的月球上漫長夜晚的寒冷導(dǎo)致月球車失靈。二、重返月球競爭中的豪華車時代美蘇太空爭霸時代兩國更看重宇航員登陸月球的政治意義，能夠?qū)崿F(xiàn)月面采樣已經(jīng)足夠了。不過今天的形勢已經(jīng)大不相同，月球上豐富的核聚變原料成為各國追求的目標，于是探月俱樂部”重新興起，各主要國家紛紛加入到探月的行列中來，美國更是雄心勃勃地提出不但要在2020年 重返月球,而且要建立月球基地，實現(xiàn)在月球上永久駐扎，并以月球為跳板對更深處的宇宙進行探索，比如派宇航員 前去探索火星。在月球表面開車可不是件容易的事情，即使阿波羅計劃中幾小時的短途旅行

11、，也需要宇航員在沙漠中的模擬地形上聯(lián)系幾個月才能通過路考”，因為月面情況實在是太特殊了。月球表面重力只有地球的六分之一，且布滿一層松軟的土壤，這讓車輛的行進效率大打折扣。月面的崎嶇不平對車輛的輪子、底盤設(shè)計形成重重障礙，轉(zhuǎn)彎、爬坡是尋常事，月亮上面，安全第一。月亮上一天等于地球上的一個月，溫差變化達到300多度，白天”陽光炙烤，夜晚嚴寒能凍壞石頭，這就對車輛的材料提出了高難度的要求。阿波羅計劃的月球漫游車采用的就是以鋼琴線保持彈力的網(wǎng)眼式輪胎。月球基地意味著更為繁重的勞動，為此美國宇航局特地設(shè)計了月球載重車”(lunar truck )。這種車輛與阿波羅計劃中的漫游車一樣，也是敞篷車，宇航員需

12、要身著宇航服才能駕駛。載重車說白了就是用來運送大宗貨物，為了滿足月球基地建設(shè)的要求，美國宇航局還打算在車上附加其他設(shè)備，如鏟車或者起重機。載重車將有6個輪子，每個輪子有兩個輪胎。這種突破傳統(tǒng)的六輪設(shè)計已經(jīng)在火星車運行中得到了檢驗，即使其中一個輪子出現(xiàn)故障，另外5個輪子仍然具有優(yōu)越行動能力。輪子本身可以實現(xiàn)360度獨立旋轉(zhuǎn)，這種設(shè)計賦予載重車前所未有機動性能，可以向任何一個方向前進。為了適應(yīng)不同的地形，載重車的底盤可以降低或者升高，設(shè)計的舉力可以達到 2 噸，未載貨是的速度可以達到25公里/小時。月球載重車已經(jīng)由設(shè)在休斯敦的約翰遜航天中心設(shè)計出原型，并在模擬月球場地上進行試驗。美國宇航局的另外一

13、款新產(chǎn)品則著眼于駐扎月球的宇航員的艙外活動，即小型充壓漫游車”(Small Pressurized Rover )，由于不再是敞篷，密封的艙室使得宇航員在駕駛這種車輛時不需要再穿著宇航服。這種漫游車的長寬高均逾4米，重量可達4噸，載重也相當，最多可以在乘坐4名宇航員的情況下保證 3天的連續(xù)活動。這意味著一輛充壓漫游車其實就是一個小型的工作站，其活動范圍可達240公里，并不比載重車差。漫游車里有一個小型浴室，裝有噴霧噴頭可以用海綿擦身。每個宇航員都有自己的私人空間，用簾子隔開。不過食物只有泡面等方便食品，因為車里沒有廚房。在亞利桑那沙漠中進行模擬檢驗時，宇航員格哈特甚至認為這種漫游車象航天飛機一

14、樣舒服。由于人性化的接 口設(shè)置，宇航員可以不經(jīng)過減壓或加壓裝置而直接進入月球基地或進入宇航服，這一點一定會讓阿波羅計劃的宇航員羨慕不已。除了載人月球車，美國宇航局也在發(fā)展無人駕駛的月球車，也就是可以在月面自動工作的機器人，如ATHLETE。這也是一種六輪機器人，第一代原型直徑大于 4米，設(shè)計者希望它可以在相當廣大的地區(qū)快速滾動或者行走，最終目標則是設(shè)計一套可以與其他專門儀器相結(jié)合或加載的多目標系統(tǒng)。ATHLETE的載重能力約450公斤，多個機器人相匹配的結(jié)果可以產(chǎn)生更大的運輸能力。印度太空研究組織也發(fā)表了一款遙控?zé)o人月球漫游車，計劃在2013年由月船二號”攜帶在月面著陸。這款漫游車采用俄式設(shè)計

15、，重58公斤，六輪驅(qū)動，將在月面極地附近進行為期約一年的科學(xué)考察，其行使速度約為每小時5.7公里，活動范圍可達方圓150公里。其實，不僅美國、俄羅斯、歐盟、日本、印度等國提出了自己的月球車模型，就連許多民間機構(gòu)也不甘寂寞，比如谷歌公司就拿出了2000萬美元設(shè)立 谷歌月球X大賽”，鼓勵民間團體或公司自行設(shè)計月球車，能夠在月面著陸并拍照后還能行進500米，便可以獲得大獎。目前為止已經(jīng)有約20支隊伍參賽，提出了各種富有想象力的設(shè)計理念和模型。 HYPERLINK / / HYPERLINK http:/www.sciencenet.en/htmlnews/2009/8/222637.shtm htt

16、p:/www.sciencenet.en/htmlnews/2009/8/222637.shtm三、中國月球車的精彩亮相作為新興的航天大國，中國自然不會缺席探月俱樂部”，嫦娥一號月球探測衛(wèi)星成功完成第一階段任務(wù)之后，實現(xiàn)在月球的軟著陸已經(jīng)成為近在眼前的目標。2005年3月中國探月工程二期計劃規(guī)定的月球車各項技術(shù)參數(shù)出臺，由全國范圍內(nèi)科研院校進行競爭招標。上海航天局聯(lián)合國內(nèi)數(shù)十家科研機構(gòu)研制的六輪搖臂式MR-2型月球車早已經(jīng)公開亮相。哈工大、北航等院校也紛紛推出自助設(shè)計的月球車，據(jù)國家航天局透露目前已經(jīng)收到月球車模型幾十種。MR-2型月球車又稱 月面巡視探測器”長、寬、高分別為1.2米、0.8米

17、和1.5米，重200公斤，采用六輪搖臂式行走系統(tǒng)，可以跨越30度斜坡，行進速度每小時100米，遇到較大的石塊或隕石坑的時候，還會自動選擇繞行。不過這款樣機尚有一些關(guān)鍵技術(shù)正在緊張攻關(guān)，如在極端溫差下的安全性、漫長月夜”中的能源供應(yīng)、防止月面無處不在的塵埃、防止宇宙射線的危害等問題。2011年底將會由 嫦娥三號”衛(wèi)星攜帶月球車登陸月球，月球車將在月面工作3個月，主要任務(wù)是對月面土壤進行采樣和自動分析。與蘇聯(lián)的無人月球車一樣，中國月球車也將采用核同位素衰變作為能源來保證月夜”中溫度降低不會損害月球車的性能。此前的月球車試驗已經(jīng)證實，在微重力下月面大量的塵埃會磨損儀器。目前的計劃是利用美國科學(xué)家提出

18、的磁場過濾”的設(shè)想，利用磁場吸附空氣中的塵埃微粒，防止故障產(chǎn)生。不過到目前為止尚未確定采用哪一款月球車。競爭正在實驗室中激烈展開。四、未來的月球車隨著人類重返月球并開始建設(shè)永久性的基地，開始向月球移民，新一代的月球車也將出現(xiàn)。由于月球上沒有空氣，普通的車輛無法在月球上使用，只能以電動車為主，或者使用火箭等工具。隨著月球基地的建設(shè)，月球社會”的壯大，將會產(chǎn)生各種專門用途的月球車，與今天我們的交通工具相對比，可以想象未來的月球交通工具的樣子。最輕便的月球車應(yīng)該是月球摩托”，只供一個人乘坐。為了在月面上安全行駛，它應(yīng)該有3個輪子，由于它是暴露式的，駕駛?cè)藛T必須身穿宇航服。這種輕便的車輛主要用于月面近距離往返或太陽能電站檢修之用。月球上的火箭單座車，沒有輪胎，靠火箭噴射，在月面上作跳躍式前進。由于月面重力很小，這種單座車適用于兩地間的快速移動，或者