趙邦華　高升陽　張佳寧　李晶津

摘 要：隨著世界航天的發(fā)展，深空探測項(xiàng)目將越來越多。文章研究一種新型深空探測器--魔方型深空探測飛行器，即把魔方模塊化、可轉(zhuǎn)動(dòng)的特點(diǎn)運(yùn)用到航天器上，從而創(chuàng)造出功能更強(qiáng)大、運(yùn)用范圍更廣、更廉價(jià)的航天器，以滿足未來世界航天發(fā)展的需要。研究這個(gè)探測器將為深空探測器的制造提供新的思路，甚至可以帶來航天器概念上的變革。文章將詳細(xì)描述該項(xiàng)目，并對(duì)其創(chuàng)新性、可行性、以及運(yùn)用前景進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：深空探測；飛行器；魔方；模塊

1 背景及意義

隨著天宮一號(hào)和神舟八號(hào)對(duì)接成功，我國邁出了空間探索的又一大步，為了滿足以后深空探測的需要，以及為未來建造星際飛船打下基礎(chǔ)，現(xiàn)在設(shè)計(jì)一種模塊化、可轉(zhuǎn)動(dòng)、多功能、多用途、可回收的深空探測飛行器：魔方型深空探測飛行器。

研究這個(gè)探測器將為深空探測器的制造提供新的思路，甚至可以帶來衛(wèi)星概念上的變革。

2 方案描述

2.1 總體描述

魔方，智力游戲界的三大不可思議之一，具有很多空間上的變化優(yōu)點(diǎn)，據(jù)專家估計(jì)一個(gè)三階魔方所有可能的圖案構(gòu)成約為4.3×10^19種，所以，為什么不將魔方和衛(wèi)星結(jié)合起來，制造出功能更強(qiáng)大的衛(wèi)星？或深空探測器？

魔方型深空探測飛行器的創(chuàng)意靈感來源于魔方，將探測器設(shè)計(jì)成為3階魔方或者4階（或更高階）魔方的形狀，每個(gè)探測器由26個(gè)或56個(gè)方塊組成（可以更多），讓每個(gè)方塊各自分工，共同協(xié)調(diào)，從而高效的完成深空探測任務(wù)。

2.2 魔方介紹

為了便于后面描述方便，現(xiàn)在以三階魔方為例，補(bǔ)充魔方塊的概念。（如圖1魔方塊的概念）

中心塊：中心塊與中心軸連接在一起，共六個(gè)，中心塊的相對(duì)位子是不會(huì)改變的。

棱塊：塊的表面是兩個(gè)正方形，共十二個(gè)。

角塊：塊的表面是三個(gè)正方形，共八個(gè)。

圖1 魔方塊的概念

2.3 方案具體描述

魔方型深空探測飛行器由核裂變反應(yīng)堆、推進(jìn)系統(tǒng)、燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)和整體控制系統(tǒng)五大系統(tǒng)組成。（如 圖 2魔方型深空探測飛行器示意圖）

圖2 魔方型深空探測飛行器示意圖

核反應(yīng)堆位于整個(gè)魔方型深空探測飛行器中心，成球形。推進(jìn)系統(tǒng)的六個(gè)矢量噴口安裝在六個(gè)中心塊上。應(yīng)用系統(tǒng)是八個(gè)角塊，角塊的里面或外面安放有應(yīng)用載荷。剩下的十二個(gè)棱塊用于儲(chǔ)存燃料，形成燃料儲(chǔ)存系統(tǒng)。整體控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)于核反應(yīng)堆周圍和各個(gè)塊之間，用于控制各個(gè)其他系統(tǒng)的工作，并形成封閉結(jié)構(gòu)。

各個(gè)系統(tǒng)不同分工，相互協(xié)調(diào)，共同完成深空探測任務(wù)。下面簡要描述每個(gè)系統(tǒng)的分工。

核裂變反應(yīng)堆：提供推進(jìn)、飛行姿態(tài)控制、應(yīng)用系統(tǒng)控制，魔方的變換和重組所需的所有能量。

推進(jìn)系統(tǒng)：提供推力和一定的姿態(tài)控制。

燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)：提供并儲(chǔ)存推進(jìn)劑。

應(yīng)用系統(tǒng)：安放所有應(yīng)用載荷和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

整體控制系統(tǒng)：（1）控制核反應(yīng)堆反應(yīng)速度。（2）控制推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)方向和姿態(tài)控制。（3）控制燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)提供的推進(jìn)劑質(zhì)量。（4）控制應(yīng)用系統(tǒng)載荷的釋放與收回。（5）完成魔方塊的轉(zhuǎn)動(dòng)和模塊的重組，必要時(shí)分離魔方塊，并可以完成魔方塊的替換與組裝。

下面具體描述各個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。

深空飛行時(shí)，核反應(yīng)堆中核子的裂變產(chǎn)生大量熱能，整體控制系統(tǒng)將燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)儲(chǔ)存的推進(jìn)劑（如液態(tài)氫）注入，推進(jìn)劑會(huì)受熱迅速膨脹，然后從推進(jìn)系統(tǒng)的矢量噴管尾部高速噴出，產(chǎn)生推力，整體控制系統(tǒng)的控制器通過計(jì)算機(jī)程序設(shè)定六個(gè)矢量噴管的噴出流量，用這種方法來控制飛行器在宇宙空間的飛行方向和前進(jìn)加速度，而矢量噴管可以控制穩(wěn)定性，增加可控性。

燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)有十二個(gè)棱塊，當(dāng)有一個(gè)棱塊里的燃料用完時(shí)，這個(gè)棱塊就失去了作用，可以選擇分離該棱塊，從而減少飛行器重量；也可以選擇保留棱塊，等待飛行到下一個(gè)空間站補(bǔ)給燃料。

應(yīng)用系統(tǒng)的八個(gè)角塊提供應(yīng)用載荷和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如天線，照相機(jī)，探測器，機(jī)器人還有武器等等。飛行時(shí)，各種載荷收回在角塊里面，以保護(hù)載荷。執(zhí)行任務(wù)時(shí)，角塊的保護(hù)殼打開，放出各種載荷，并開始工作。必要時(shí)，可根據(jù)需要將載荷外置于角塊上，比如通訊系統(tǒng)。

整體控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最關(guān)鍵的操作步驟，也是魔方型深空探測飛行器最大的亮點(diǎn)，即魔方式的變換方式。整體操作系統(tǒng)由基礎(chǔ)支架、電傳操作平臺(tái)、超級(jí)計(jì)算機(jī)和耦合連接系統(tǒng)組成，超級(jí)計(jì)算機(jī)控制探測器的電傳操作平臺(tái)，電傳操作平臺(tái)控制基礎(chǔ)支架和耦合連接系統(tǒng)，使其轉(zhuǎn)動(dòng)。各個(gè)魔方塊的位置受魔方的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變，這樣就能讓各種載荷移動(dòng)到需要的工作位置上。必要時(shí)，整體控制系統(tǒng)可控制耦合連接系統(tǒng)向探測的星球發(fā)射角塊，來收集數(shù)據(jù)，而不必自己整個(gè)撞向星球（如：嫦娥2號(hào)），如果有的設(shè)備損壞，整體控制系統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)接收地面控制中心的命令，控制耦合連接系統(tǒng)，分離裝載該設(shè)備的角塊，從而減輕重量，也可以不分離，等待回到空間站修復(fù)。（如圖3整體控制系統(tǒng)工作圖）

2.4 具體任務(wù)

下面通過一個(gè)具體例子來說明魔方型深空探測飛行器的創(chuàng)新性和優(yōu)點(diǎn)。

在一次木星探測任務(wù)中，魔方型深空探測飛行器從空間站出發(fā)。在太空飛行過程中，除了通訊系統(tǒng)，其它載荷都收回在角塊里，從而避免了如宇宙射線、太陽風(fēng)對(duì)載荷的破壞。飛行過程中有的棱塊的燃料已用完，這時(shí)探測器分離了該棱塊以減輕重量。雖然這次主要執(zhí)行木星任務(wù)，但當(dāng)探測器飛過火星時(shí)，向火星分離發(fā)射了一個(gè)角塊，同時(shí)探測火星。到達(dá)木星后，探測器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，釋放出載荷并不斷轉(zhuǎn)動(dòng)魔方塊，使載荷工作效率最大化。任務(wù)結(jié)束前，探測器向木星發(fā)射了幾個(gè)角塊用于收集數(shù)據(jù)，同時(shí)還分離了幾個(gè)角塊作為木星的衛(wèi)星，用于長期觀測。重量大幅度減輕了的探測器利用剩余的燃料飛回最近的空間站，準(zhǔn)備下一個(gè)任務(wù)。

3 技術(shù)原理及可行性分析

魔方型深空探測飛行器對(duì)技術(shù)要求中等偏上，是現(xiàn)有的各種航空、航天技術(shù)的優(yōu)化排列組合，只有個(gè)別技術(shù)尚未成熟，整體技術(shù)可行，在未來應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)。

3.1 總體技術(shù)原理和可行性分析

首先是最關(guān)鍵問題——整體控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，魔方型深空探測飛行器能不能實(shí)現(xiàn)其最大優(yōu)點(diǎn)，關(guān)鍵就是要設(shè)計(jì)出合理的整體控制系統(tǒng)。

整體操作系統(tǒng)由基礎(chǔ)支架、電傳操作平臺(tái)、超級(jí)計(jì)算機(jī)和耦合連接系統(tǒng)組成（如圖4整體操作系統(tǒng)）。

圖4 整體操作系統(tǒng)

基礎(chǔ)支架為六個(gè)連接在球形核反應(yīng)堆上的桿，并在另一側(cè)連接六個(gè)中心塊。耦合連接系統(tǒng)使每個(gè)魔方塊與球形核反應(yīng)堆連接，并通過機(jī)械設(shè)計(jì)使各個(gè)魔方塊之間有一定的連接。魔方塊與球形核反應(yīng)堆通過電磁力或庫侖茲力耦合。連接時(shí)，核反應(yīng)堆外殼通過電磁力或庫侖茲力吸引魔方塊的連接鍵。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，核反應(yīng)堆外殼上電磁場的分布改變，控制魔方塊的連接鍵移動(dòng)，連接鍵通過電傳操作平臺(tái)帶動(dòng)魔方塊轉(zhuǎn)動(dòng)，完成魔方變換，而反應(yīng)堆外殼上的電磁分布由超級(jí)計(jì)算機(jī)的程序控制，通過不同的程序設(shè)定不用的轉(zhuǎn)換。當(dāng)需要分離魔方塊時(shí)，讓對(duì)應(yīng)連接鍵的電磁力由吸引力變位排斥力，再切斷這個(gè)魔方塊與其他魔方塊之間的連接，即可分離該魔方塊。超級(jí)計(jì)算機(jī)內(nèi)置與魔方塊內(nèi)的空隙之間，并由基礎(chǔ)支架支撐和連接。電傳操作平臺(tái)在各個(gè)桿系的內(nèi)部，也由超級(jí)計(jì)算機(jī)控制，利用電傳操作平臺(tái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)基礎(chǔ)支架和耦合連接系統(tǒng)連接的魔方塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)魔方塊的轉(zhuǎn)動(dòng)，考慮只轉(zhuǎn)動(dòng)探測器上的上層或下層會(huì)因?yàn)榱刈饔枚固綔y器旋轉(zhuǎn)，所以每次轉(zhuǎn)動(dòng)上層或下層的時(shí)候都是對(duì)稱操作的，即如果要讓最上層順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則最下層要同時(shí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而中層轉(zhuǎn)動(dòng)則由于對(duì)稱性不需要考慮這個(gè)問題。隨著納米技術(shù)和超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展以及超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用，整體操作系統(tǒng)可以完成更加復(fù)雜的任務(wù)。

其次是重量問題，這種探測器重量設(shè)計(jì)在10～15噸左右，因?yàn)橹亓刻〔荒軘y帶足夠的燃料，而重量太大對(duì)運(yùn)載火箭的要求很高，我國正在研制的CZ-5運(yùn)載火箭在將來正好滿足這個(gè)重量的載荷。設(shè)計(jì)該探測器將攜帶4噸的燃料，3噸的核反應(yīng)堆和噴管，2噸的操作裝置以及1～5噸的應(yīng)用載荷（魔方塊外殼的重量包括在內(nèi)）?？紤]到宇宙核推進(jìn)在未來的應(yīng)用還需要一段時(shí)間，可以把核反應(yīng)堆替換為常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然航程有所縮短，但這樣并沒有影響魔方型深空探測飛行器最大的優(yōu)點(diǎn)。

然后再考慮探測器的材料問題和噴管問題。這種探測器對(duì)于材料沒有太高的要求，利用現(xiàn)在的衛(wèi)星或深空探測器的材料即可，也可以用新型碳纖維材料制作，從而減小探測器的重量。而矢量噴管技術(shù)已成熟應(yīng)用在戰(zhàn)斗機(jī)上，宇宙探測器也將會(huì)很快實(shí)現(xiàn)。

最后，是探測器核反應(yīng)堆的實(shí)現(xiàn)。人類已經(jīng)在核潛艇和核航空母艦上應(yīng)用了可控核裂變技術(shù)。但是太空探測器在外太空沒有介質(zhì)，只有利用自帶的物質(zhì)，多以采用液氫作為核動(dòng)力火箭的工作物質(zhì)可能是很好的解決方案，液氫已是最常用的火箭燃料之一，火箭攜帶液氫基本上沒有技術(shù)難點(diǎn)，魔方塊攜帶液氫也一樣。前蘇聯(lián)已經(jīng)發(fā)射了很多成功的核動(dòng)力衛(wèi)星，美國也成功發(fā)射了"新地平線"號(hào)核動(dòng)力探測器，所以核動(dòng)力探測器在未來將成為空間探測器的主流。但是核動(dòng)力探測器還在研制但中，目前可以用常規(guī)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)代替核反應(yīng)堆。

3.2 制造生產(chǎn)可行性分析

這種探測器將這樣設(shè)計(jì)制造：在全國各個(gè)地區(qū)負(fù)責(zé)專業(yè)生產(chǎn)核反應(yīng)堆、操縱系統(tǒng)、各種載荷、噴管和魔方塊，然后集中運(yùn)往裝配中心組合安裝。安裝時(shí)，將核反應(yīng)堆和操縱系統(tǒng)組合形成基礎(chǔ)支架，再將超級(jí)計(jì)算機(jī)組裝在基礎(chǔ)支架上，最后將安裝了專屬系統(tǒng)的魔方塊，通過耦合連接系統(tǒng)把魔方組裝起來，形成具有封閉結(jié)構(gòu)的魔方形狀。這樣的生產(chǎn)方式無需巨型起落架設(shè)施，操作簡單，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。運(yùn)輸各個(gè)模塊將非常方便，利用火車可以把模塊運(yùn)向我國任何一個(gè)裝配中心，將來可以利用飛機(jī)運(yùn)輸。

4 應(yīng)用前景分析

魔方型深空探測飛行器將是未來新型空間探測器，其兩大特點(diǎn)：模塊化、可變形，將改變傳統(tǒng)探測器或衛(wèi)星的概念，在未來的應(yīng)用前景很大。

4.1 應(yīng)用前景分析

這種高通用性和多功能的探測器可以滿足大部分深空探測任務(wù)。因?yàn)槠淠K化特點(diǎn)，航天大國可以建立其流水生產(chǎn)線，將這種探測器標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化，不同國家負(fù)責(zé)不同的模塊生產(chǎn)，然后出口其他國家，進(jìn)一步增進(jìn)國際航天合作，讓航天技術(shù)得以進(jìn)一步發(fā)展，在未來擁有非常巨大的市場，其潛力是無法估量的。在未來，這種探測器的組裝和維護(hù)將非常方便，只要將其工業(yè)化生產(chǎn)，就能很成熟的組裝生產(chǎn)這種探測器。維護(hù)也是如此，因?yàn)槠淇梢栽诳臻g站上更換模塊，因此其在未來可能將會(huì)引起空間站建造的熱潮，各國會(huì)為了爭奪第一個(gè)空間補(bǔ)給站而展開航天科技競賽，這對(duì)國際航天事業(yè)的發(fā)展有很大的促進(jìn)作用（如圖5空間站補(bǔ)給）。

在技術(shù)成熟到一定階段后，這種探測器可組建成為多功能模塊化的空間站，這種新型空間站不僅擁有超強(qiáng)的續(xù)航能力，而且又具有更強(qiáng)的功能和靈活性，從而改變空間站的概念，發(fā)展出下一代空間站。

模塊化還有一個(gè)應(yīng)用就是編隊(duì)飛行，可以讓每個(gè)模塊都是一個(gè)小衛(wèi)星，各自完成不同的功能。在探測器探測星球時(shí)，逐個(gè)分離出小衛(wèi)星，形成編隊(duì)飛行，各個(gè)小衛(wèi)星之間通過無線電緊密聯(lián)系，這樣可以模擬空間大規(guī)模的天線，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，或則對(duì)地的相控陣掃描。這個(gè)概念也是國際上研究的熱點(diǎn)，如美國的F6項(xiàng)目。

圖5 空間站補(bǔ)給

如果利用好這種探測器可變形的特點(diǎn)，將帶來航天探測器概念上的改變?？勺冃蔚淖畲髢?yōu)點(diǎn)是可以完成更加復(fù)雜的探測任務(wù)，因此魔方型深空探測飛行器可以取代很多特殊任務(wù)探測器。

首先其可以取代載人飛船和空間站，因?yàn)橹灰Х綁K足夠大，就可以利用魔方塊載人，并裝載實(shí)驗(yàn)室，而魔方塊的轉(zhuǎn)動(dòng)可以讓航天員根據(jù)需要選擇不同的實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)橹恍枋寡b載實(shí)驗(yàn)室的魔方塊轉(zhuǎn)動(dòng)到載人魔方塊旁邊。如果發(fā)生緊急情況，用于逃生的魔方塊將馬上轉(zhuǎn)動(dòng)到載人魔方塊旁邊，提高逃逸成功率。

其次，這種探測器在未來可以取代一些未來新型深空探測器，比如太陽帆。試想，在某幾個(gè)魔方塊的內(nèi)部存放折疊的太陽能電池板，當(dāng)有光照射探測器時(shí)，超級(jí)計(jì)算機(jī)可以通過分析光的入射角，設(shè)計(jì)出一種轉(zhuǎn)動(dòng)程序，讓魔方經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)后，使存放折疊太陽能電池板的魔方塊集合于一個(gè)面上，然后打開外殼放出太陽能電池板，最后一同展開太陽能電池板，形成一個(gè)大平面，從而變成太陽帆，而平面的姿態(tài)控制是太陽帆不能實(shí)現(xiàn)的功能。

最后這種探測器在未來可能發(fā)展出一種新型軍事戰(zhàn)斗機(jī)器，因?yàn)槊總€(gè)魔方塊可以存放不同的武器，轉(zhuǎn)動(dòng)魔方塊使裝載武器的魔方塊移動(dòng)到發(fā)射位置，又可以分離釋放武器后的魔方塊或受損的魔方塊。甚至如果未來技術(shù)足夠強(qiáng)大，是魔方塊可以忽然拆分又重組，只要有導(dǎo)彈飛向探測器，魔方塊馬上分離擴(kuò)散成為很多小模塊，導(dǎo)彈要么從間隙飛過，要么只擊中其中一小塊模塊，之后魔方塊再重組，還原為原來的形狀，實(shí)現(xiàn)其在軍事上的一個(gè)應(yīng)用，這也可能成為未來太空戰(zhàn)爭的主要思想。

4.2 國外發(fā)展趨勢分析

這種探測器魔方式的變換方式在目前國際上還沒有出現(xiàn)，這種技術(shù)的出現(xiàn)將解決了很多空間探測器的弊端：不夠靈活、沒有模塊化和功能單一。如果這種技術(shù)能得到應(yīng)用，將來其它國家將會(huì)發(fā)展出新型魔方探測器（如圖6未來魔方探測器設(shè)想圖），完成更復(fù)雜的變換方式。

圖6 未來魔方探測器設(shè)想圖

魔方型深空探測飛行器在國外在未來相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)應(yīng)該是非常完美的深空探測器。因?yàn)閲H空間站已經(jīng)建成，以后還會(huì)有更多的空間驛站建成，如果魔方型深空探測飛行器得到應(yīng)用，那么只要在空間站加注氫燃料，那么那種飛行器就可以重復(fù)使用，而且更可觀的是，只要空間站存儲(chǔ)有不同的模塊，魔方型深空探測飛行器就可以來更換這些模塊，完成各種任務(wù)，實(shí)現(xiàn)模塊化、多功能和多用途的特點(diǎn)。這樣不僅可以節(jié)省大量經(jīng)費(fèi)，還可以縮短深空探測器的任務(wù)周期，是很多航天大國，如美國和蘇聯(lián)，夢寐以求的深空探測器。

現(xiàn)在國際上普遍認(rèn)為下一代宇宙飛行器必須利用新能源，如：核能、反物質(zhì)和太陽能。研究魔方型深空探測飛行器也可以帶動(dòng)核動(dòng)力探測器的發(fā)展，發(fā)展核驅(qū)動(dòng)技術(shù)，為未來建造宇宙飛船打下基礎(chǔ)。

4.3預(yù)期產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

（1）縮短衛(wèi)星生產(chǎn)周期，減少生產(chǎn)成本，使其產(chǎn)業(yè)化。（2）使衛(wèi)星技術(shù)國際化和工業(yè)化，有利于管理。（3）普及衛(wèi)星技術(shù)，帶動(dòng)航天技術(shù)的發(fā)展，造福于人類。

5 創(chuàng)意度分析

5.1 可變形

魔方型深空探測飛行器最大的創(chuàng)新點(diǎn)是可變形，魔方的轉(zhuǎn)變方式?jīng)Q定了其很適合完成復(fù)雜的空間探測任務(wù)，因?yàn)樗牧鶄€(gè)面是等價(jià)的，所以不受飛行姿態(tài)的影響，只要通過計(jì)算機(jī)設(shè)定的程序，就能變換出合適的飛行姿態(tài)，完成其它探測器不能完成的任務(wù)：（1）設(shè)備的移動(dòng)：可以根據(jù)探測需要，將衛(wèi)星的不同模塊變化到同一個(gè)表面，來增強(qiáng)某一方向的能力。比如：在某一方向需要增強(qiáng)對(duì)地通信能力，可以將兩個(gè)模塊（可以更多）轉(zhuǎn)到同一個(gè)面上來。也可以根據(jù)探測需要，將衛(wèi)星的相同模塊變化到不同一個(gè)表面。比如：需要一個(gè)對(duì)地通信，一個(gè)對(duì)月通信，轉(zhuǎn)到兩個(gè)不同的表面。（2）設(shè)備的備份：由于魔方的結(jié)構(gòu)可重構(gòu)，就可以將備份的設(shè)備放在別的不重要的表面，如果需要的時(shí)候，再轉(zhuǎn)動(dòng)到工作需要的位置。（3）姿態(tài)控制：由于魔方可以轉(zhuǎn)動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制，可以將六個(gè)面的發(fā)動(dòng)機(jī)更換為只在一個(gè)面上設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)，如果其他面需要推力，轉(zhuǎn)動(dòng)魔方就可以實(shí)現(xiàn)了。這樣可以節(jié)約成本和空間，而不需要一般的反作用輪了。

5.2 模塊化

模塊化的組裝方式在目前的深空探測器中算得上首創(chuàng)，模塊化也是魔方型深空探測飛行器最大的創(chuàng)新點(diǎn)之一，這個(gè)特點(diǎn)和可變形成為這種探測器最大的創(chuàng)新。模塊化有如下創(chuàng)新：（1）多功能：可以根據(jù)不同需要，選擇相應(yīng)的功能模塊，集成在探測器上，完成以往需要不同衛(wèi)星或探測器來執(zhí)行的觀測制導(dǎo)任務(wù)，僅以一種探測器就能高效完成多種任務(wù)（如圖7在宇宙驛站更換模塊）。（2）標(biāo)準(zhǔn)化：模塊化的特點(diǎn)使得這種探測器可以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，這將提高航天探測器的生產(chǎn)率，使組裝和維護(hù)更容易，并帶動(dòng)航天產(chǎn)業(yè)，增加航天器的聯(lián)系。比如，增加空間站的利用率。（3）可分離、可安裝：因?yàn)槟K化的創(chuàng)新，這種探測器可以分離無用魔方塊，減輕多于的重量；也可同時(shí)探測多顆星球，因?yàn)槊總€(gè)探測器上有八個(gè)不同的應(yīng)用模塊（可以更多），也就可以向八個(gè)不同星球發(fā)射八個(gè)不同的應(yīng)用模塊，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)功能；可安裝，使種探測器可以隨時(shí)更換魔方塊，實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。

圖7 在宇宙驛站更換模塊

5.3 其他創(chuàng)新點(diǎn)

（1）八個(gè)角塊的設(shè)計(jì)巧妙的將儀器設(shè)備與宇宙空間隔離，延長了探測器的壽命。（2）驅(qū)動(dòng)裝置（包括燃料儲(chǔ)備快）在整個(gè)航天器外圍，之間是應(yīng)用模塊，這種封閉式的設(shè)計(jì)增加了主體安全系數(shù)。（3）利用核能作為能源，探測器不再需要太陽能面板，比傳統(tǒng)探測器更靈活。又因?yàn)椴皇荜柟獾南拗?，該探測器比傳統(tǒng)探測器探索的宇宙空間范圍更廣。（4）魔方型深空探測飛行器各個(gè)模塊可以在各個(gè)地區(qū)專業(yè)生產(chǎn)，然后集中在裝備中心組裝，無需巨型起落架設(shè)施，節(jié)省大量人物力。

5.4 魔方型深空探測飛行器與嫦娥二號(hào)的簡要比較

為了進(jìn)一步分析魔方型深空探測飛行器的創(chuàng)新度，下面通過一個(gè)具體案例分析魔方型深空探測飛行器與嫦娥二號(hào)的簡要比較（如圖 8 魔方型深空探測飛行器與嫦娥二號(hào)的簡要比較）：

在執(zhí)行一次探月任務(wù)中，嫦娥二號(hào)由運(yùn)載火箭運(yùn)載到預(yù)定軌道，開始了奔月之旅，魔方型深空探測飛行器則在空間站加注燃料，更換探月模塊之后，直接從太空出發(fā)。經(jīng)過幾天的飛行，這兩個(gè)探測器終于都到達(dá)了月球軌道，嫦娥二號(hào)開始了工作：太陽能面板展開、天線對(duì)地通信、探測儀器對(duì)準(zhǔn)月球表面，可是由于飛行環(huán)境的影響，以上功能同步進(jìn)行的時(shí)間很少：到達(dá)月球背面的時(shí)候?qū)⒊霈F(xiàn)通訊中斷，而到了月球正面將不能接受光能，而魔方型深空探測飛行器通過適當(dāng)?shù)淖儞Q延長了所有功能同步實(shí)現(xiàn)的時(shí)間，而且不需要光能。經(jīng)過幾天的月球探測探測之后，嫦娥二號(hào)最后撞擊月球，通過自我犧牲來獲得數(shù)據(jù)，而魔方型深空探測飛行器將安裝有數(shù)據(jù)采集器的幾個(gè)模塊朝向月球分離，分離的模塊完成了數(shù)據(jù)采集任務(wù)，探測器利用剩余的燃料飛向空間站補(bǔ)給，等待下一個(gè)深空探測任務(wù)。

圖8 魔方型深空探測飛行器與嫦娥二號(hào)的簡要比較

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