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月球车的制造有哪些难点?

网友发布 2023-07-16 09:08 · 头闻号汽车汽配

难点1:重力:相比地球来说,月球的重力很小,约是地球的1/6。这便意味着,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,这就使得月球表面的土壤十分松软,而松软的土壤则会降低月球车的行进效率。

难点2:路况:月球表面的路况极为复杂,路面崎岖不平,有石块、有陨石坑,还有坡。在这种情况下,月球车在轮子的设计上就要费一番功夫。为保证月球车的顺利行驶,轮子就要能克服重重障碍,既不能打滑,也不能翻车,还要保证后退、转弯、爬坡等样样在行。

难点3:温度:轮胎的材料是具有极高的要求的,要克服月球在自转期内极大的温差。月球在一个自转周期内,温差可以达到310℃,如此大幅度的温度变化会使橡胶迅速老化,所以月球车轮胎必须要采用特殊的材料。

难点4:人工智能:月球车并不是个简单的行驶工具,它更多的是个智能机器人,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。进而进行方向的编辑,以便勾画出要到达目标点的路径,并指导和控制月球车到达目的地。

难点5:电力供应:月球昼夜的变化是由其自转引起的。月球上的一天,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。因此这也就是说,月球车最多可连续工作14天,而当进入月夜后,由于无法通过光能发电,就会进入休眠状态,等到14天后,又能自动醒来。

在2012年,“嫦娥工程”将会实现“落地”这一重大任务,而要想顺利完成这一任务,月球车、着陆器将会发挥重要作用。“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,为了解决以上这一系列制造月球车难的问题,我国的科研研究人员正在绞尽脑汁制造中国版的月球车。

为什么中国的月球车都包上了“金箔纸”,而国外的却很少有?

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)沙漠地区对最新月球车“战车”(Chariot)进行测试。

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“小蛛行人”月球车,还有中国空间设计研究院牵头设计的月球车。2005年3月15日,“嫦娥工程”月球应用科学首席科学家欧阳自远对媒体披露,航天部门已经出台了“嫦娥工程”用月球车的技术参数和需要完成的科研任务,全国公开竞争,择优选用。此前,见诸报端的至少有7家高校和科研单位在从事月球车的研制,它们是哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、清华大学、中国科学技术大学、航天科技集团第五研究院第502研究所、上海交通大学和国防科技大学,“每家都有绝活”。航天部门掌握的数据还要远远超出这个规模,他们手头上有不低于40辆国产月球车模型的资料。

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年下半年我国将实施“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。

聚酰亚胺多层隔热材料(MLI),主要成分是聚酰亚胺和铝箔。作用是抗腐蚀、隔热、隔离宇宙辐射。是一种高性能的航天材料,现在已经民用化,高性能漆包线、绕包线、急救毯都在使用,通常MLI里面是没有黄金的。

另外聚酰亚胺多层隔热材料(MLI)不止只有金色的,银色、黑色的都有,卫星上上常见的是金色和银色,比如哈勃太空望远镜、阿波罗登月车、我国的高分二号卫星用的都是金色,好奇号火星探测器、韦伯太空望远镜、我国玉兔号月球车等用的则是银色的。

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。

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