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专家揭秘中国"月球车" 如何适应月球凶险环境

 

CCTV.com  2007年10月17日 14:56  来源:  

  

  

    由上海航天局联合国内数十家科研机构共同研制的月面巡视探测器通常被称为“月球车”,它是我国“绕、落、回”“三步走”探月工程中,实现第二步“落”的重要部分。 MR-2月球车采用独立驱动的六轮摇臂式行走系统,可爬越30度斜坡,跨越25厘米障碍。行进速度为每小时100米,最快可达每秒5厘米。 新华社记者 陈飞 摄

    3月31日,我国自行研制的两款月面巡视探测器(通称月球车),首度在上海第三届中英空间科技合作研讨会上公开亮相。这个长得像小鸵鸟一样的小家伙究竟将如何在陌生而凶险的月球上保证自己的衣食住行?已经能在沙石中行进自如的月球车能否适应真正的月球环境?又有哪些难关等着科研人员们继续攻克?带着这些问题,笔者采访了国家天文台和中国科学院力学所的相关专家。

  ———月球车———

    出现在笔者面前的月球车,金黄的外壳上耸立着一根细长的“脖子”,平平展开的太阳能帆板像是一双宽大的飞翼,而在“脖子”上方,摄像机镜头明亮地反着光,于是远远望去,月球车很像一只顾盼灵活的小鸵鸟。

    身躯巨大的鸵鸟能在环境恶劣的沙漠中来去自如,这一点一向让人啧啧称奇。然而与月球车相比,它的能耐不过是“小巫见大巫”。在实验室现场,这辆高1.5米、长1.2米、宽0.8米的月球车,在细沙中爬坡、越障,都不在话下;当遇到超过30度的斜坡、高于25厘米的石块或直径大于2米的撞击坑时,它更是聪明地懂得选择绕行。

    然而,有关专家表示,此次亮相的两款“月球车”还只是原理样机,要成为真正意义上的“月球车”,下一步还需攻克一些关键技术,如在极端温差以及相当于地球1/6重力环境下的生存适应、月夜期间能源供应、视觉导航等。

  ———种种疑问———

  疑问一:衣———如何防辐射防尘?

    因为缺乏大气,登陆后的月球车将完全暴露在多种宇宙射线下,强烈的电磁辐射可能破坏电子遥控系统,这对接收系统的最大接收功率提出了相当高的要求。

    另外,月球的表面覆盖着一层厚度不一的月壤,有些地方厚达5到6米。微尘对仪器设备的磨损很有可能影响仪器的工作效率与数据分析的准确程度。

    难点一:月球辐射环境在地球上很难得到完全真实的模拟。

    国家天文台科研人员黎耕指出,月球每天都会直接面对超新星与太阳风暴等大量宇宙射线,而当宇宙射线击中月球表面时,会引发微型的核反应,其结果就是月球表面也产生大批危险的次级辐射。换句话说,月球车等于处在宇宙辐射的“天罗地网”之中,这增加了月球环境的还原难度。

    难点二:如何在微重力状况下减少微尘对仪器设备的磨损。

    由于太阳紫外线辐照的影响,月壤细粒会周期性的升起,而月球重力仅为地球的1/6,月球车行走时更容易带起大量月壤细粒,进入甚至覆盖月球车所载仪器设备。

    为此,美国田纳西大学的科学家们提出利用磁场制作月球空气过滤器的设想。利用多个永久磁铁产生一个巨大的磁场,以吸附空气中的月球尘埃微粒。而关掉过滤器,就能把尘土擦掉。专家认为这为我国月球车的研制提供了一些新的思路。

    疑问二:食———如何抗饿14天?

    月球自转一周是28天,因此月球上的一个夜晚相当于地球上的14天。这意味着长达半个月的时间里,月球车无法指望太阳能供电,它究竟要怎样开源节流,才能熬过漫长黑夜?

    突破一:同位素热源增加能源供给量。

    我国新研制的月球车将借助同位素热源,保证月球车在月夜中的正常运转。专家指出,这将大大缩小蓄电池的体积,有利于增加单位体积下月球车的能源供给量,帮助其储备足够的冬粮。

    为了说明同位素热源在缩小蓄电池体积上的优势,科研人员以某种利用同位素衰变原理发明的核电池为例,其重量仅为160克,体积仅为18立方毫米,如果换用产生同样功率的化学电池,则重量几乎与成人的体重一样。

    突破二:月球车在夜晚“缩骨”保温。

    据上海航天局专家透露,为了尽可能多地吸收太阳能转化为能量,日间月球车会伸展双翼尽量扩大自己与外界的接触面积,但到了寒冷的夜晚,过大的接触面积同样会加快月球车的热量损失,因此,夜晚的月球车将会跟小动物睡觉一样缩成一团,将接触面积减到最小。

     疑问三:住———如何适应冰火两重天?

    由于月球没有大气层,温度的变化全由阳光直接决定,所以日间最高温度可达150℃,而夜间则会降至零下180℃,昼夜温差高达330℃;而且因为月壤的热导率极低,即使在日间,只要月球车的一个部件处在阴影下,阴影中与阴影外的温差同样高达300℃,是一个彻底的“冰火两重天”。

    难点:巨大温差对月球车材料提出苛刻要求。

    由于月球的巨大温差,月球车材料必须保证自身的工作温度横跨300℃。这是月球车下一步研制工作的重点攻关对象之一。参与研制的科研人员尤其指出,过大的温差会使橡胶迅速老化,因此月球车轮胎将使用特殊材料,克服温差。

     疑问四:行———如何在月球上学走路?

    地月之间38万公里的距离,使得月球车接收地面指示需要3秒钟时间,因此月球车在月球上走路,第一就是要学会认路。而月球表面崎岖不平,除了各种山坡,还有大大小小的石块儿与陨石坑,这要求月球车还需有一双好脚力。

    突破一:采用新型视觉系统。

    此次展出的月球车,拥有3双眼睛,其前、后和顶端,各有一架双目立体相机。其中,位于车顶端的全局导航相机可以360度旋转。据专家介绍,这三双“眼睛”能观察到前方3米以内的地貌,进而自己编辑地图确定行进路线。而当前方遇到大于30度的斜坡、高于25厘米的石头、直径2米以上的月面撞击坑时,“眼睛”会在3米之外发出预警,指示月球车紧急绕行。

    突破二:采用独立驱动的“六轮摇臂式”行走系统。

    此次在上海展出的无人月球车,针对月球的复杂地貌,采用了独立驱动的“六轮摇臂式”行走系统。中国科学院力学所科研人员刘兆解释道,月球车的每个轮子都有自己独立的驱动系统,使得它们可以自行调整高度,就仿佛人的各个关节,既可以互相协助,又可以独立运动,“是一位名副其实的‘爬行高手’”。

    难点:重力对月球车行走的制约。

    月球重力仅为地球的1/6,这使得月球表面的土壤远比地球上松软,月球车的行进效率会降低。而低重力导致的摩擦系数降低,使得月球上的行走远比地球上容易打滑,这对月球车的控制系统提出了更高的要求。如何在微重力的环境下保证动作的准确度、提高月球车的行进效率,是科研人员下一步的工作重点之一。

     原始新闻

    中国自行研制的两款月面巡视探测器,3月31日在上海宇航系统工程研究所亮相。

    月面巡视探测器通常被称为月球车,是中国“绕、落、回”“三步走”探月工程中,实现第二步“落”的重要部分。

    此次展示的两款月球车,型号分别为MR-2和MR-3,是由上海航天局牵头,哈尔滨工业大学、沈阳自动化研究所、国防科技大学等数十家单位联合研制的。

    有关专家表示,此次亮相的两款月球车还只是原理样机,要成为真正意义上的“月球车”,下一步还需攻克一些关键技术,如在极端温差以及相当于地球六分之一重力环境下的生存适应、月夜期间能源供应、视觉导航等。(周琼)

责编:戴昕

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