月球車如何月夜生存
說完了著陸過程,接下來,我們就要看看嫦娥三號上另外一個重要的係統了。
月球車是一種能夠在月球表麵行駛並完成月球探測、考察、收集和分析樣品等複雜任務的專用機器人車輛。在試驗室裏,這個重要角色的學名是“月麵巡視探測器”,公眾已經習慣叫它“月球車”。世界上第一顆人造衛星發射成功後,人們便開始了飛向地外天體的準備。然而,在對月球表麵探測過程中,采取什麼的運輸工具才有可能在月麵上進行實地考察呢?於是,產生了月球車。為了使月球車在月麵上能夠順利行駛,美國、蘇聯曾發射了一係列的衛星探測,並對月麵環境進行了反複的科學試驗,為在探測器上攜帶月球車的成功打下了可靠的基礎。科學家對經由月球車月麵的實地考察所帶回的寶貴資料進行了分析研究,大大深化了人類對月球的認識。
1970年11月17日蘇聯“月球”17號探測器把世界上第一個無人駕駛的“月球車”1號送上月球,它行駛了10.5千米,考察了8萬平方米的月麵。後來的“月球車”2號行駛了37千米,向地球發回88幅月麵全景圖。
1971年7月31日,“阿波羅15號”宇航員戴維斯·R·斯科特和詹姆斯·B. 歐文進行了人類首次月球車行駛,他們駕駛著4輪月球車,在崎嶇不平的月球表麵上,越過隕石坑和礫石行駛了數千米。斯科特和歐文成為在月球上漫步的第7位和第8位宇航員,而且是第一個在月球上駕車行駛的。
他們於30日在月球的“雨海”登陸,並於美國東部時間31日上午9時25分離開“隼”號登月艙。幾分鍾之後,他們從著陸器上卸下“月行車”,開始了他們的勘探旅行。月行車的前舵輪操作不靈,但是按設計隻有後輪驅動,後驅動輪運轉良好。
當宇航員們在埃爾鮑隕石坑的邊沿停下時,位於休斯頓的任務控製台打開了月行車的電視攝影機,向地球傳送非常清晰的彩色圖像。電視觀眾可以看到宇航員挑選和采集月石標本。有一次,他們興奮地喊道:“這裏有些漂亮的供地質研究用的岩石。”
他們駕車行駛了兩小時,走了8千米,之後又回到登月艙。按計劃,斯科特和歐文將在後兩天駕駛月行車做更多的旅行。他們將同在指揮船中的另一名“阿波羅15號”宇航員阿爾弗雷德·M. 沃頓會合,一起返回。
月球車可分為無人駕駛月球車和有人駕駛月球車。
無人駕駛月球車由輪式底盤和儀器艙組成,用太陽能電池和蓄電池聯合供電。這類月球車的行駛是靠地麵遙控指令或自主導航。
有人駕駛月球車是由宇航員駕駛在月麵上行走的月行車。主要由月球車的每個輪子的各一台發動機驅動,靠蓄電池提供動力。輪胎在零下100攝氏度低溫下仍可保持彈性,宇航員操縱手柄駕駛月球車,可向前、向後、轉彎和爬坡。主要作用於擴大宇航員的活動範圍和減少體力消耗,它可隨時存放宇航員采集的岩石和土壤標本。
月球車底盤用鋁合金管型材料製成,並且中部裝有鉸鏈,以便儲存物品。每個鋁製車輪都有自己的電力驅動器和機械製動器。輪胎由塗有鋅層的編製鋼網絲網製成。所有的月球車最終都被留在了月球上。
從某種意義上說,月球車屬於機器人技術。月球車無論是輪式的還是腿式的,都應具有前進、後退、轉彎、爬坡、取物、采樣和翻轉(跌倒後能翻身)等基本功能,甚至具有初級人工智能(例如識別、爬越或繞過障礙物等)。這些都與現代機器人所具有的功能相似。
但是,月球車僅有這些功能是不夠的。它是一種在太空特殊環境下執行探測任務的機器人——太空機器人,既有機器人的屬性,更具有航天器的特點,不同於地麵使用的工業機器人、醫學機器人和家用機器人。
“質量輕,體積小,功耗低”從來就是航天器設計的金科玉律,在最近的航天優勢產品的評價指標中被稱為“常規三項”;追求“輕、小、低”是航天器研發的永恒主題。航程越遠,要求越高,對月球探測器的質量、體積和功耗要求就更輕、更小和更低。根據中國運載火箭可望達到的能力,1台月球車需要由比它重300倍的運載火箭發射,這是發射同樣質量地球衛星的運載火箭質量的4—6倍。
月球車是一個可移動的平台,它要攜帶若幹有效載荷,如探測儀器或挖掘采樣器等。這些設備和裝置必須小型化、輕型化。月球車通常作為月球軌道器的有效載荷,軌道器又作為運載火箭的有效載荷安裝在火箭頂端直徑狹小的整流罩裏。月球車應製成可折疊式,以盡可能縮小發射體積。月球車的電源來之不易,用太陽電池發電,其麵積和質量與功耗大小成正比;若用一次性電池,質量與使用時間成正比,為了減輕質量,也必須降低功耗。因此,月球車的設計必須充分采用微電子器件、微型機械和輕型材料,在開發應用微機電係統上應有所突破。