□ 石磊

天降大任于三姑娘

嫦娥三號(hào)是我國(guó)探月工程第二期工程中發(fā)射的首個(gè)月球軟著陸探測(cè)器，被它的研制者親昵地稱為“三姑娘”。

中國(guó)探月工程分“繞”、“落”、“回”三期工程，計(jì)劃用15年的時(shí)間分三步完成。

“繞”，就是發(fā)射環(huán)繞月球南北極飛行的探測(cè)器，對(duì)月球進(jìn)行全球性遙感探測(cè)。2007年10月發(fā)射的嫦娥一號(hào)，對(duì)月球進(jìn)行了1年零 4個(gè)月的探測(cè)，圓滿完成了繞月探測(cè)的任務(wù)。

“落”， 就是探測(cè)器（包括著陸器與月球車）在月球表面軟著陸并進(jìn)行巡視考察。此階段共實(shí)施3 次發(fā)射任務(wù)，分別命名為嫦娥二號(hào)、嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)。嫦娥二號(hào)為技術(shù)先導(dǎo)星，2010 年10 月發(fā)射，已成功完成任務(wù)。嫦娥三號(hào)預(yù)計(jì)于今年年底發(fā)射，它會(huì)釋放月球軟著陸探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)著陸器原位探測(cè)與月球車自動(dòng)巡視考察，開(kāi)展月球區(qū)域性精細(xì)聯(lián)合探測(cè)。嫦娥四號(hào)則是嫦娥三號(hào)的備份。

“回”，就是2020 年前后發(fā)射可以自動(dòng)返回地球的月球采樣著陸器，開(kāi)展月面原位探測(cè)，并攜帶巖芯鉆探機(jī)和機(jī)械取樣器，采樣后，攜帶月球樣品返回地面，供科學(xué)家研究。此階段計(jì)劃實(shí)施兩次發(fā)射任務(wù)，分別命名為嫦娥五號(hào)和嫦娥六號(hào)，它們的研制工作已全面啟動(dòng)。

嫦娥三號(hào)任務(wù)是探月工程二期的關(guān)鍵任務(wù)，其工程目標(biāo)是：突破月球軟著陸、月面巡視勘察、月面生存、深空測(cè)控通信與遙操作、運(yùn)載火箭直接進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道等關(guān)鍵技術(shù)，建立我國(guó)的深空測(cè)控網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)第一次對(duì)地外天體的實(shí)地探測(cè)。科學(xué)目標(biāo)是：開(kāi)展月球形貌與地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查，月表物質(zhì)成分和可利用資源調(diào)查，月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究，日地月空間環(huán)境探測(cè)和月基光學(xué)天文觀測(cè)等四類科學(xué)探測(cè)。

嫦娥三號(hào)由一個(gè)著陸探測(cè)器和一個(gè)月面巡視探測(cè)器（月球車）組成，共攜帶了導(dǎo)航相機(jī)、全景相機(jī)、避障相機(jī)、測(cè)月雷達(dá)、粒子激發(fā)X射線譜儀、紅外成像光譜儀、極紫外相機(jī)以及月基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡等8個(gè)有效載荷。中國(guó)月球車漫步月宮是其中最大的亮點(diǎn)。

看家本領(lǐng)：月面軟著陸

嫦娥三號(hào)的最大看點(diǎn)在于，它具有兩個(gè)姐姐所沒(méi)有的看家本領(lǐng)：月面軟著陸。

如果說(shuō)嫦娥一號(hào)和嫦娥二號(hào)都是環(huán)繞月球飛行、從外圍端詳月球容貌的話，那么，接下來(lái)的任務(wù)就是正式對(duì)月球“登門拜訪”了。嫦娥三號(hào)正是要落月探訪，實(shí)施月面軟著陸并釋放出月球車，開(kāi)展實(shí)地就位探測(cè)和月面巡視勘察。

所謂“軟著陸”，是相對(duì)“硬著陸”而言的?！坝仓憽笔侵柑綔y(cè)器在飛向月球的過(guò)程中以較大速度直接沖撞著陸。由于著陸速度過(guò)大，會(huì)使探測(cè)器完全或大部損壞。而“軟著陸”，則是指探測(cè)器經(jīng)減速裝置減速后降到足夠低的速度，在預(yù)計(jì)的地點(diǎn)安全著陸。

從技術(shù)發(fā)展角度看，月面軟著陸是人類探月歷程上的一個(gè)大臺(tái)階，其中的關(guān)鍵技術(shù)是“太空剎車減速”。如果剎車減速過(guò)猛，探測(cè)器會(huì)一頭撞向月球，變成硬著陸；如果剎車減速不足，探測(cè)器會(huì)與月球擦肩而過(guò)，進(jìn)入環(huán)繞太陽(yáng)飛行的軌道。

切莫小看軟著陸技術(shù)，它是日后探測(cè)器著陸月球并返回地球、載人飛船和航天員登陸月球并返回地球必不可少的技術(shù)基礎(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)月面軟著陸，中國(guó)研發(fā)的月球著陸探測(cè)器采用了梁板復(fù)合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和可大范圍伸縮的四腿式著陸緩沖機(jī)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了高精度的分段減速懸停式自主著陸控制方案。

月球車原理樣機(jī)在外場(chǎng)接受實(shí)驗(yàn)

嫦娥三號(hào)著陸器及巡視器外形示意圖

嫦娥三號(hào)著陸器及巡視器外形示意圖

嫦娥三號(hào)將在虹灣軟著陸

嫦娥二號(hào)飛行示意圖

中國(guó)首次探月第一幅圖像

嫦娥三號(hào)軟著陸素描：

嫦娥三號(hào)軟著陸的飛行軌道主要分為運(yùn)載火箭發(fā)射段、地月轉(zhuǎn)移段、環(huán)月段和動(dòng)力下降段四個(gè)部分。

1.運(yùn)載火箭發(fā)射段：由增強(qiáng)型長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭直接將“嫦娥三號(hào)”發(fā)射到地月轉(zhuǎn)移軌道，提供地月轉(zhuǎn)移軌道的入口速度約10.9千米/秒，在距離地面高度約200千米處完成星箭分離，使探測(cè)器進(jìn)入近地點(diǎn)約200千米，遠(yuǎn)地點(diǎn)約380000千米的大橢圓軌道；

2.地月轉(zhuǎn)移段：即星箭分離后到達(dá)環(huán)月軌道入口之間的飛行階段，飛行時(shí)間約120小時(shí)，飛行期間探測(cè)器根據(jù)飛行姿態(tài)進(jìn)行1次～2次姿態(tài)修正；

3.環(huán)月段：著陸器到達(dá)地月轉(zhuǎn)移軌道入口后，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)減速，進(jìn)入200千米高的環(huán)月圓軌道，在此環(huán)月軌道飛行一段時(shí)間并完成設(shè)備在軌測(cè)試、軌道精確測(cè)定后，再經(jīng)2～3次減速變軌，進(jìn)入200千米×15千米橢圓軌道。

4.動(dòng)力下降段：從高度15千米開(kāi)始至抵達(dá)月面的階段。由于月球沒(méi)有大氣，不能通過(guò)降落傘來(lái)實(shí)現(xiàn)安全著陸，只能依靠發(fā)動(dòng)機(jī)的有效工作實(shí)現(xiàn)軟著陸。著陸探測(cè)器發(fā)動(dòng)機(jī)從距月面15千米處開(kāi)始動(dòng)力下降，經(jīng)過(guò)主動(dòng)減速、調(diào)整接近、懸停避障、緩沖降落等飛行階段，實(shí)現(xiàn)路徑優(yōu)、燃料省、誤差小的安全著陸。

著陸探測(cè)器著陸后會(huì)伸出一個(gè)小梯子，它身上背負(fù)的一輛月球車便順著梯子緩緩駛到月面上。著陸探測(cè)器固定在月面上進(jìn)行定點(diǎn)探測(cè)，月球車則按照自主控制加地球遙操作的方式進(jìn)行巡視勘察，它們一起將探測(cè)的科學(xué)數(shù)據(jù)傳回地球。

“功夫小子”闖蕩月宮

嫦娥三號(hào)攜帶的月球車，學(xué)名叫做“月面巡視探測(cè)器”，質(zhì)量為140千克。月球車由移動(dòng)、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、導(dǎo)航控制、綜合電子、電源、熱控、測(cè)控?cái)?shù)傳和有效載荷等8個(gè)分系統(tǒng)組成。每個(gè)分系統(tǒng)的功夫都好生了得，真可謂“八仙過(guò)海，各顯神通”。

這個(gè)月球車，個(gè)頭雖不大、功夫可不小。

模樣——身插太陽(yáng)翼 腳踩“風(fēng)火輪”

月球車的軀體是個(gè)箱形結(jié)構(gòu)，個(gè)頭與一臺(tái)洗衣機(jī)差不多。箱體兩側(cè)各有一個(gè)太陽(yáng)能帆板，用于將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)為電能；箱體上面伸出一個(gè)長(zhǎng)著眼睛的大腦袋，上有導(dǎo)航相機(jī)、全景相機(jī)和定向天線；箱體尾部有很多天線；箱體腹內(nèi)的“秘器”最多，包括紅外成像光譜儀、避障相機(jī)、機(jī)械臂、粒子激發(fā)X射線譜儀等。

它腳踩六個(gè)“風(fēng)火輪”似的移動(dòng)裝置，好似一輛性能優(yōu)異的“越野車”，前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡，樣樣在行。由于地月之間距離太遠(yuǎn)，如果通過(guò)地面遙控行走，效率會(huì)非常低。因此，要求月球車必須具備自動(dòng)駕駛的能力，在一般情況下，可以自己決定怎么走。月球車能自主感知周圍環(huán)境，自主規(guī)劃行進(jìn)路徑，自主跨越或避開(kāi)障礙，所以月球車實(shí)際上是個(gè)小型化、低功耗、高集成、高智能的機(jī)器人。

性能——耐極限溫度 能爬坡越障

月球車以太陽(yáng)能為能源，能夠耐受月球表面真空、強(qiáng)輻射，以及從150℃到～180℃溫差超過(guò)300℃的極限溫度和環(huán)境。月球車上自備“空調(diào)”系統(tǒng)，幫助自身散熱和取暖。當(dāng)月球白天溫度高達(dá)150℃時(shí)，月球車的“空調(diào)”會(huì)自動(dòng)給自己降溫；當(dāng)夜晚溫度降到－180℃時(shí)，它又利用熱源保溫，保證月球車不被凍僵。在工作時(shí)，月球車艙內(nèi)的溫度可以控制在－20℃～50℃之間。

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循序漸進(jìn)的探月方式

人造地球衛(wèi)星所受的作用力主要是地球的引力，而月球探測(cè)器從地球飛到月球的過(guò)程是從只有地球引力場(chǎng)轉(zhuǎn)移到同時(shí)有月球引力場(chǎng)的飛行，有很多新的問(wèn)題需要解決。因此，只有循序漸進(jìn)，才能到達(dá)勝利的彼岸。

縱觀歷史，人類月球探測(cè)的方式大致經(jīng)歷了6 種方式。

（1）飛越 探測(cè)器沿橢圓軌道或拋物線軌道飛行，在月球附近越過(guò)月球，利用越過(guò)的時(shí)間對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)。

（2）硬著陸 探測(cè)器沿橢圓軌道或拋物線、雙曲線軌道飛向月球，著陸過(guò)程中不減速地?fù)糁性虑虮砻妗?/p>

（3）環(huán)月飛行 探測(cè)器沿橢圓軌道飛向月球，經(jīng)中途軌道修正，進(jìn)入以月球?yàn)橹鞯囊Ψ秶?，并在適當(dāng)?shù)奈恢媒?jīng)過(guò)一系列制動(dòng)、減速和速度修正，被月球俘獲后環(huán)月飛行，成為月球衛(wèi)星。

（4）軟著陸 探測(cè)器成為月球衛(wèi)星后，環(huán)月飛行一段時(shí)間，利用反推火箭減速，經(jīng)下降段軌道實(shí)施軟著陸，進(jìn)行實(shí)地探測(cè)。

（5）探測(cè)器著陸月球并返回地球 探測(cè)器在月球軟著陸后，完成探測(cè)工作再?gòu)脑旅娲怪逼痫w，在相對(duì)月面的速度達(dá)到大于月球的脫離速度（2.36 千米/秒）時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，擺脫月球?yàn)橹鞯囊?chǎng)后，探測(cè)器直接奔向地球。

（6) 載人飛船登陸月球后返回地球 載人飛船由指令艙、服務(wù)艙和登月艙組成。飛船先成為月球衛(wèi)星環(huán)月飛行，然后登月艙與指令艙、服務(wù)艙組合體分離，在月面軟著陸。航天員出艙完成考察或采樣等任務(wù)后，回到登月艙從月面上垂直起飛，進(jìn)入環(huán)月軌道與組合體對(duì)接，擺脫月球?yàn)橹鞯囊?chǎng)后，載人飛船的指令艙返回地球。

月球表面崎嶇不平、土質(zhì)松軟，還有石塊、坑洼、高坡等各種障礙物，而人們又無(wú)法預(yù)先在月球上修一條公路，這就要求月球車在行進(jìn)中不能打滑撞坡，更不能墜坑翻車。月球車憑借六個(gè)輪子實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、原地轉(zhuǎn)向、行進(jìn)間轉(zhuǎn)向，具有20度爬坡、20厘米越障的本領(lǐng)，它平路直線移動(dòng)的最快速度約為200米/小時(shí)，能夠在著陸器3.5千米半徑范圍內(nèi)活動(dòng)。月球車曾在北京的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)和距敦煌200千米外的大沙漠中做過(guò)多次行走實(shí)驗(yàn)。

嫦娥二號(hào)全月球7米分辨率影像圖。圖幅高約1米，寬約162米， 比例尺為：1：82677

嫦娥二號(hào)拍攝的圖塔蒂斯號(hào)小行星

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八仙神通

移動(dòng)分系統(tǒng)：采用輪式、搖臂懸架方案，具備前進(jìn)、后退、原地轉(zhuǎn)向、行進(jìn)間轉(zhuǎn)向、20度爬坡、20厘米越障的能力；

結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)：為各種儀器、設(shè)備、有效載荷提供工作平臺(tái)；

導(dǎo)航控制分系統(tǒng)：攜帶有相機(jī)及大量傳感器，在得知周圍環(huán)境、自身姿態(tài)、位置等信息后，可通過(guò)地面或車內(nèi)裝置，確定速度、規(guī)劃路徑、緊急避障、控制運(yùn)動(dòng)與監(jiān)測(cè)安全，保證到達(dá)目的地。

綜合電子分系統(tǒng)：采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控、數(shù)據(jù)管理、導(dǎo)航控制等功能；

電源分系統(tǒng)：利用太陽(yáng)能為車上儀器和設(shè)備提供電源，不僅可保證月球車白天連續(xù)工作相當(dāng)于地球的14天，而且由于月夜無(wú)法通過(guò)光能發(fā)電，在月球車進(jìn)入休眠狀態(tài)后，14天后還必須能夠自動(dòng)喚醒重新工作；

熱控分系統(tǒng)：可使月球車工作時(shí)的艙內(nèi)溫度控制在+55℃～-20℃之間；

測(cè)控?cái)?shù)傳分系統(tǒng)：保證月球車與地球的通信以及與著陸探測(cè)器之間的通信；

有效載荷分系統(tǒng)：主要是月球車配備的科學(xué)探測(cè)儀器，包括全景相機(jī)、紅外成像光譜儀、測(cè)月雷達(dá)等。

作息——晝夜14天 大干3個(gè)月

月球上的一天相當(dāng)于地球上的27天多，月球晝夜間隔相當(dāng)于地球上14天。漫漫長(zhǎng)夜凄冷無(wú)比，月球車無(wú)法得到太陽(yáng)光能，地球上通常使用的鋰電池、氫電池等根本無(wú)法應(yīng)對(duì)這種極端低溫，會(huì)統(tǒng)統(tǒng)“罷工”，如果是這樣車上所有的儀器就要被凍壞。好在我國(guó)研制成功了原子能電池，它不懼嚴(yán)寒可以連續(xù)工作30年。有了這種電池，月球車便具備了在惡劣環(huán)境中的生存能力，它能在月球上連續(xù)工作14天，然后自動(dòng)休眠14天?！八弊懔耍€能自動(dòng)喚醒再重新工作。

月球車的工作壽命為3個(gè)月。在月球表面巡視90天里，月球車將依靠各種先進(jìn)設(shè)備對(duì)月表進(jìn)行三維光學(xué)成像、紅外光譜分析，開(kāi)展月壤厚度和結(jié)構(gòu)的科學(xué)探測(cè)，對(duì)月表物質(zhì)主要元素進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析。它們傳回來(lái)的數(shù)據(jù)，將幫助人們更直接、更準(zhǔn)確地破譯月球的密碼。

嫦三落月為何選擇虹灣

嫦娥三號(hào)第一次軟著陸月面，選擇哪里作為落腳之地呢？

我國(guó)月球探測(cè)工程二期主要要考慮工程技術(shù)和科學(xué)價(jià)值兩方面的因素，在技術(shù)方面要有利于工程實(shí)施，在科學(xué)方面要有研究?jī)r(jià)值。

從工程技術(shù)方面考慮，一是要著陸在月球正面，這樣才能保證地月之間的對(duì)話，建立測(cè)控通信鏈路。月球背面始終背離地球，如果在背面著陸，就一定要有一個(gè)環(huán)繞月球飛行的軌道器進(jìn)行通信中繼，為地面和著陸器傳話。第二，要找一個(gè)地勢(shì)平坦、起伏較小、障礙物較少且較小的地方。月球正面分布著眾多月海，選擇這些平原地區(qū)將利于著陸。第三，要找一個(gè)光照充足、又不太熱的地區(qū)，既滿足著陸器和巡視器太陽(yáng)能電池發(fā)電的要求，又不能把它們烤壞了。月球表面與地球一樣，赤道光照強(qiáng)、溫度高，白天溫度最高時(shí)達(dá)130℃，兩極光照弱、溫度較低。因此選擇月球的中緯度地區(qū)著陸，可兼顧光照和溫度條件要求。

嫦娥二號(hào)全月球7米分辨率影像圖

從科學(xué)價(jià)值方面考慮，一是要與以往美、蘇曾經(jīng)著陸的地方不同，所獲得的科學(xué)數(shù)據(jù)可以互補(bǔ)。二是可研究對(duì)象要豐富，以獲得更多的成果。

綜合以上兩方面考慮，經(jīng)過(guò)工程技術(shù)人員和科學(xué)家反復(fù)遴選，我國(guó)月球探測(cè)器第一次在月球上的軟著陸地點(diǎn)最終選擇月球正面雨海西北部的虹灣地區(qū)。

虹灣是月球上僅次于風(fēng)暴洋的第二大海洋——雨海的一個(gè)灣（月海伸向月陸的部分稱為灣）。雨海，位于月球正面的西北部，是一個(gè)典型的盆地構(gòu)造，直徑有1250千米，面積大約86.3萬(wàn)平方千米，比我國(guó)的青海省的面積稍大一些，比英國(guó)和法國(guó)的兩國(guó)面積的總和還要大。虹灣在雨海的西北角，具體位置在北緯43度、西經(jīng)31度左右，它南北約100千米，東西長(zhǎng)度約為236千米，是一個(gè)很漂亮的半圓形的灣。虹灣兩側(cè)各有一個(gè)海角，海角是陸地伸向“海洋”(月球上的平原)的尖角，這兩個(gè)海角是虹灣最明顯的地理特征。在地面上用小型天文望遠(yuǎn)鏡很容易就可以見(jiàn)到一個(gè)亮暗分明的弧形構(gòu)造地貌，它就是虹灣。

虹灣地形比較簡(jiǎn)單，是一大片平地，沒(méi)有高山溝壑，探測(cè)器在這種地方降落比較容易；虹灣又處在月球的正面，太陽(yáng)光照充足，能保證能源的供應(yīng)；通信聯(lián)絡(luò)也比較容易。除滿足工程技術(shù)方面的要求外，虹灣的科學(xué)探測(cè)價(jià)值也較高，它是單純的平原地區(qū)，其邊緣又是典型的山地和平原交界地帶，巖石類型更加豐富，而且其他國(guó)家也沒(méi)有對(duì)這一地區(qū)開(kāi)展過(guò)著陸探測(cè)。因此，我國(guó)可望在此地區(qū)取得更多、更新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

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三個(gè)首次探測(cè)

在“嫦娥三號(hào)”攜帶的多種科學(xué)探測(cè)儀器中，有三種儀器的探測(cè)是國(guó)際上的首次。

一是在著陸器頂部安裝的近紫外光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，它“落月觀天”，將密切監(jiān)測(cè)致密雙星、活動(dòng)星系核、短周期脈動(dòng)變星等。這是國(guó)際上首次利用月基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡開(kāi)展重要天體光變的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)和低銀道帶的巡天觀測(cè)。

二是在著陸器的頂部安裝的極紫外相機(jī)，將對(duì)地球周圍的等離子體層產(chǎn)生的30.4nm輻射進(jìn)行全方位、長(zhǎng)期的觀測(cè)研究。這是國(guó)際上首次在月面上利用極紫外相機(jī)對(duì)地球空間等離子體層實(shí)施大視域一次性的極紫外成像，從整體上探測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)和地磁擾動(dòng)對(duì)地球空間等離子層極紫外輻射的影響，研究等離子層在空間天氣過(guò)程中的作用，并能提高我國(guó)空間環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)能力。

三是在月球車底部安裝的測(cè)月雷達(dá)，它隨著月球車一邊走一邊將月亮表面“切”開(kāi)，探索幾百米、上千米深的月球內(nèi)部有什么秘密。這是國(guó)際上首次直接探測(cè)30米深度內(nèi)月壤層的結(jié)構(gòu)與厚度和數(shù)百米深度內(nèi)月殼淺層的結(jié)構(gòu)。

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蘇美之“軟”

蘇聯(lián)和美國(guó)為了邁上月球軟著陸這個(gè)臺(tái)階都是吃足了苦頭，損失了很多探測(cè)器。1966年2月，在經(jīng)歷了12次月面軟著陸嘗試失敗后，蘇聯(lián)的“月球”9號(hào)終于以6米/秒自由的速度落在了月球表面風(fēng)暴洋上，率先取得了軟著陸的成功。落月之際“月球9號(hào)”攜帶的卵形著陸艙被彈了出來(lái)，它像一個(gè)彈性十足的氣囊，在月面上“蹦蹦跳跳”。當(dāng)它停穩(wěn)后，由4瓣組成的外殼就像花兒一樣綻開(kāi)，花瓣本身就是天線，花瓣里面的攝像機(jī)伸出鏡頭開(kāi)始拍照，并向地球傳送數(shù)據(jù)。人類由此第一次得到了月球表面的全景照片和局部區(qū)域的立體照片，這些信息告訴人們：月球表面是硬的，完全不必?fù)?dān)心登月航天員會(huì)陷進(jìn)月壤之中。而此前，科學(xué)家一直擔(dān)心月表的浮塵會(huì)像地面的沼澤一樣，使人陷入滅頂之災(zāi)。1966年6月，美國(guó)經(jīng)歷了延誤進(jìn)度、降低技術(shù)指標(biāo)的多重磨難后，“勘測(cè)者1號(hào)”終于以第二名的身份軟著陸于月球風(fēng)暴洋。

“月球”9號(hào)的著陸艙打開(kāi)后像個(gè)奇特的花瓣

美國(guó)“勘測(cè)者”1號(hào)在月球軟著陸示意圖

蘇聯(lián)“月球”9號(hào)

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月球車

月球車是一種能夠在月球表面行駛并完成月球探測(cè)、考察、收集和分析樣品等復(fù)雜任務(wù)的專用車輛，可分為無(wú)人駕駛月球車和有人駕駛月球車。

無(wú)人駕駛月球車由輪式底盤和儀器艙組成，用太陽(yáng)能電池和蓄電池聯(lián)合供電，靠地面遙控指令行駛。世界上第一輛無(wú)人駕駛月球車，是蘇聯(lián)于1970年11月17日發(fā)射的“月球17號(hào)”探測(cè)器送上月球的“月球車1號(hào)”。該車約重1.8噸，在月面上行駛了10.5千米，考察了8萬(wàn)平方米的月面。1973年1月8日，蘇聯(lián)又送上了“月球車”2號(hào)，在月面上工作了4個(gè)月，共行駛了37千米，并向地球發(fā)回了88幅月面圖。

有人駕駛月球車是由航天員駕駛在月面上行走的車。它為四輪驅(qū)動(dòng)，靠蓄電池提供動(dòng)力，最大速度為每小時(shí)10至12千米，主要用于擴(kuò)大航天員的活動(dòng)范圍和 的減少體力消耗，可隨時(shí)存放航天員采集的巖石和土壤標(biāo)本。世界上第一輛有人駕駛月球車，是1971年9 月30日由美國(guó)“阿波羅”15號(hào)飛船帶上月球的，兩名航天員駕車行駛了27.9千米；“阿波羅”16號(hào)、17號(hào)攜帶的2輛月球車，分別在月面上行駛了27千米和35千米。利用月球車上的攝像機(jī)和傳輸設(shè)備，航天員向地球?qū)崟r(shí)地發(fā)回了他們?cè)谠旅嫔匣顒?dòng)的情景。

世界上第一輛有人駕駛的月球車是美國(guó)“阿波羅”15飛船帶到月球上的，圖為1971年7月31日，登月航天員艾爾文在使用月球車

最后一輛美國(guó)月球車是“阿波羅”17號(hào)飛船帶到月球上的

蘇聯(lián)于1970年11月17日發(fā)射的“月球17號(hào)”探測(cè)器送上月球的“月球車1號(hào)”是世界上第一個(gè)登陸月球的人造物體。 這輛月球車設(shè)計(jì)壽命為3個(gè)月，實(shí)際上在月球上工作達(dá)11個(gè)月，一直到1971年10月4日才停止行駛。在此期間，它在月面進(jìn)行了4次巡游，行程10540米，考察面積達(dá)9萬(wàn)平方米。它在500多個(gè)月面點(diǎn)上進(jìn)行了土壤物理測(cè)試，在25個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行了土壤化學(xué)分析，并拍攝了兩萬(wàn)多張?jiān)旅嬲掌?/p>

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為什么月球車的設(shè)計(jì)有許多特殊要求

相比于我們常見(jiàn)的汽車來(lái)說(shuō)，月球車有許多的特殊要求。

首先，月球車面臨航天特殊環(huán)境，包括力學(xué)環(huán)境和空間環(huán)境的考驗(yàn)。力學(xué)環(huán)境指在發(fā)射過(guò)程中運(yùn)載火箭產(chǎn)生的沖擊、振動(dòng)、過(guò)載和噪聲；在月面降落過(guò)程中制動(dòng)火箭產(chǎn)生的沖擊、過(guò)載等。月球車必須經(jīng)得起這些 “摔、打、滾、爬”等折騰。

其次，月球車還面臨極為嚴(yán)峻的月球環(huán)境的五大考驗(yàn)。

1.路況復(fù)雜：月球表面的路面崎嶇不平，有石塊，有撞擊坑，還有斜坡。在這種情況下，設(shè)計(jì)的輪子便需 要克服重重障礙，既不能打滑，也不能翻車，必須做到前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡，樣樣在行。

2.溫差巨大：在月球的一個(gè)自轉(zhuǎn)周期內(nèi)，溫度相差300℃左右。月面上如此急劇變化的溫度環(huán)境，要求月球車必須自備“空調(diào)”，隨時(shí)給 自己調(diào)節(jié)溫度。極端的溫度變化會(huì)使車輪的橡膠迅速老化，因此月球車輪胎要使用特殊材料。

3.輻射強(qiáng)烈：地月空間和月球表面空間輻射的類型、能量和強(qiáng)度都與地球附近完全不同，月球車所使用的電子部件，特別是對(duì)輻射尤為敏感的高集成度微電子器件，不采取嚴(yán)格的抗輻射加固措施，是無(wú)法工作或達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命的。

4.智能控制：由于地月距離太遠(yuǎn)，月球車無(wú)法通過(guò)遙控的方法處理反饋信息，必須能自主感知周圍 環(huán)境，自主規(guī)劃行進(jìn)路徑，自主跨越或者避開(kāi)障礙，具備較強(qiáng)的獨(dú)立處理問(wèn)題的能力。

5.休眠和蘇醒：月球上的一“天”，大約相當(dāng)于地球上的27天略多。因此，月球晝與夜各相當(dāng)于地球上的14天。也就是說(shuō)，月球車白天最多可以連續(xù)工作14天。進(jìn)入月夜以后，它不能發(fā)電，就進(jìn)入休眠狀態(tài)，14天后，它要能自動(dòng)醒來(lái)繼續(xù)工作。

你看，有這么多苛刻的環(huán)境要求，月球車的設(shè)計(jì)絕對(duì)是個(gè)大難題!

嫦娥三號(hào)攜帶的月球車