□ 國家天文臺 付曉輝 朱永超

月亮之上的馬拉松

□ 國家天文臺 付曉輝 朱永超

北京時間2013年12月15日4時35分，嫦娥三號著陸器和巡視器成功實現(xiàn)分離。玉兔號月球車從著陸器轉(zhuǎn)移機構(gòu)上緩緩駛下，開始了在月球上的征程。月球與行星探測任務的探測方式主要包括三種：飛掠和環(huán)繞探測、著陸和巡視探測、采樣返回。我國的嫦娥一號和二號任務即為環(huán)繞月球探測的衛(wèi)星，而嫦娥三號則將開展實現(xiàn)月表著陸和巡視探測。巡視器可攜儀器代替人類承擔科學考察、設備安裝等任務，能對天體表面物質(zhì)近距離分析。但相比環(huán)繞探測，其技術難度更大，目前僅在月球和火星這兩顆距離我們最近的天體上成功實施。

如果將著陸在月球的有輪巡視器稱為月球車、登陸火星的稱為火星車的話，截至今天人類已經(jīng)成功將7輛月球車和4輛火星車送達目的地。這7輛月球車包括，前蘇聯(lián)月球17號（Luna17）和月球21號（Luna21）任務中的月球車，美國阿波羅（Apollo）15號、16號、17號任務中的月面車（Lunar Roving Vehicle），我國剛剛發(fā)射的嫦娥三號，以及搭載的玉兔號；4輛火星車包括火星旅居者號（Sojourner）、勇氣號（Spirit）、機遇號（Opportunity）和好奇號火星科學實驗室（Curiosity）。這些月球車、火星車為了完成科學使命勇往直前，在極端環(huán)境下演繹了一場場精彩的太空馬拉松。

前蘇聯(lián)曾經(jīng)成功發(fā)射過兩輛月球車——月球車（Lunokhod）1號和2號。它們分別是通過月球17號和月球21號任務攜帶到月球的，其原定主要任務是通過遠程控制的無人巡視器，對前蘇聯(lián)載人登月的預選著陸區(qū)進行勘查和探測。月球車1號在1970年11月17日著陸于月球雨海地區(qū)，它是人類首個送達地外天體的巡視器。在11個月的時間里，它行進了10.5千米，傳回兩萬多幅電視圖片和超過200幅全景照片。之后的月球車2號著陸在月球勒莫尼耶撞擊坑（Le Monnier Crater）附近，共運行4個多月，發(fā)回86張月面全景照片和8萬多張月球21號著陸區(qū)的電視圖像。月球車2號是月球探測歷史上的一段傳奇，因為它不經(jīng)意間創(chuàng)造了地外天體上有輪車最長距離行駛記錄。俄羅斯科學家亞歷山大·巴西列夫斯基（Alexander Basilevsky）曾參與蘇聯(lián)月球車1號和月球車2號的運控工作。作為地質(zhì)學家，巴西列夫斯基一直向該項目負責人請求將月球車停下來，花些時間拍攝月表物質(zhì)的高分辨率圖像，而不是一味埋頭向前跑。但是這些負責人并不理會他的提議，而是讓月球車2號就這么繼續(xù)“圈地”。根據(jù)該巡視器上行駛距離測量的輪軌記錄顯示，月球車2號一共行駛了37千米。

與月球車1號和2號不同，阿波羅任務中的月面車是有人駕駛的，設計目的是為了輔助宇航員在月表的勘察和采樣活動，存放和運輸所采集的巖石月壤標本。借助月面車，宇航員可以有效擴大活動范圍，并減少體力消耗。月面車自身重量為220千克，設計月面承重490千克。它由蓄電池供電，每個輪子各由一臺電動機驅(qū)動，輪胎在零下100攝氏度的低溫下仍然可以保持彈性。這種月面車在阿波羅15、16和17號任務中均有使用。其設計最高時速13千米/小時，但據(jù)阿波羅17號宇航員尤金·塞爾南回憶，他駕駛的最快速度達到了18千米/小時。如果是真的，他可是已經(jīng)創(chuàng)下了月球上的最高時速駕駛記錄。在阿波羅任務結(jié)束后，這些月面車就永久地留在了月球上。美國在2009年發(fā)射了月球勘測軌道飛行器（Lunar Reconnaissance Orbiter，LRO），從衛(wèi)星獲取的高清月表圖像中仍然可以看到那落寞的身影。

如果說月球車馬拉松是由美國、前蘇聯(lián)和中國三分天下，那火星車比賽則是美國一家獨大。截至目前，僅美國成功將火星車送往火星表面開展巡視探測?；鹦翘铰氛呷蝿罩械穆镁诱咛柺侨祟愃屯鹦堑牡谝徊炕鹦擒?。它個頭很小——僅微波爐那么大，攜帶的儀器也很簡單，設計壽命僅為7個火星日，但這個不屈的小人物成功堅持了83個火星日，一共行駛了約100米，發(fā)回了550多張圖像，最終在1997年9月27日與地球失去了聯(lián)系。

在旅居者號之后，美國宇航局（NASA）于2003年6月10日和7月7日分別發(fā)射了兩個火星車，它們是孿生兄弟勇氣號和機遇號。它們比旅居者號體積更大、更靈活、裝備更豐富。其原設計壽命為90個火星日，但實際上考察時間大大延長。隨著在火星表面的跋涉，太陽能電池板上附著的沙塵增多，嚴重影響了火星車能量的獲取。勇氣號在2009年5月份陷入軟沙中，多次拯救失敗后，由巡視器轉(zhuǎn)為靜止探測平臺。2011年3月22日，勇氣號與地球最后一次聯(lián)絡。然而，機遇號截至目前仍堅守使命，依然奔跑在奮進撞擊坑（Endeavour Crater）的附近。有趣的是，機遇號自從2004年1月份著陸以來的里程數(shù)已累積35.76千米（11月26日已達38.70千米），已超越阿波羅17號宇航員尤金·塞爾南和哈里森·施密特駕駛月面車創(chuàng)造的35.77千米的好成績，而且超過月球車2號37千米的記錄也指日可待。不過，行星測繪專家伊琳娜（Irina Karachevtseva）、莫斯科大學大地測量學和地圖學專業(yè)的研究人員們（The MIIGAiKteam），利用LRO傳回的月球車2號的車印圖，重新計算了它的行駛軌跡，發(fā)現(xiàn)它跑的要比37千米還遠，確定累積里程的精確結(jié)果為42.1~42.2千米。這樣的話，機遇號要奪得冠軍頭銜還需要一段時間。

NASA于2011年11月26日發(fā)射的好奇號火星科學實驗室是最受關注的火星探測任務。好奇號裝備精良，共搭載了桅桿相機、化學與礦物學分析儀等10臺先進的分析設備。與前面兩代火星車等不同，好奇號的電力由放射性同位素產(chǎn)生。這就避免了勇氣號和機遇號因沙塵覆蓋太陽能電池板而導致能量不足的問題。另外，好奇號還配備兩塊可充電鋰電池，可在每個火星日多次充電。截至目前，它依然奔走在火星蓋爾撞擊坑（GaleCrater）內(nèi)。盡管它目前的行走距離與冠軍紀錄有很大的差距，但由于它“天賦異稟”，有理由相信它會在未來創(chuàng)下新的太空馬拉松紀錄。

美國LRO高分辨率相機拍攝的前蘇聯(lián)月球車2號行駛軌跡。月球車2號是前蘇聯(lián)研制的無人月球車，高1.35米，長1.7米，寬1.6米。它以八個相互獨立的電動車輪驅(qū)動，車體能源來自于太陽能電池，車上攜帶的釙210放射性元素在夜晚為車體供熱。（圖片來源：NASA/ Goddard Space Flight Center/ Arizona State University/Moscow State University）

很高興中國的代表——玉兔號也加入了這場太空馬拉松的比賽。玉兔號以太陽能為能源，具備20°爬坡、20厘米越障能力，最大速度是每小時200米，設計壽命3個月。為了保證順利度過漫漫月夜，玉兔號也裝備了提供熱量的核電池。玉兔號著陸區(qū)點位于雨海地區(qū)（44.1260°N， 19.5014°W），該區(qū)域大面積分布的是月海玄武巖，整體地形較為平坦。預祝玉兔號在月亮之上跑出不錯的成績！