曾令斌,邱寶貴,肖 杰,邵濟(jì)明,李保江,葉 亮

(1.上海宇航系統(tǒng)工程研究所，上海201109；2.上海市空間飛行器機(jī)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201109)

月面機(jī)器人探測(cè)路線圖及典型方案研究

曾令斌1,2,邱寶貴1,2,肖 杰1,2,邵濟(jì)明1,2,李保江1,2,葉 亮1,2

(1.上海宇航系統(tǒng)工程研究所，上海201109；2.上海市空間飛行器機(jī)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201109)

月面機(jī)器人具有環(huán)境適應(yīng)性好、工作時(shí)間長(zhǎng)和安全性高等特點(diǎn)，是未來(lái)無(wú)人/載人月面探測(cè)中的重要支持系統(tǒng)。在分析整理國(guó)內(nèi)外月面機(jī)器人探測(cè)歷史與規(guī)劃的基礎(chǔ)上，梳理月面機(jī)器人探測(cè)任務(wù)需求。結(jié)合中國(guó)探月工程總體規(guī)劃和技術(shù)水平，提出月球南極、中低緯度和月球背面月面機(jī)器人探測(cè)的路線圖，并從科學(xué)價(jià)值、工程可行性等方面對(duì)各階段著陸地點(diǎn)進(jìn)行初選；詳細(xì)闡述以水冰探測(cè)和生物學(xué)實(shí)驗(yàn)為主要目標(biāo)的月球南極Shackleton山跨明暗界線探測(cè)方案，以及以人機(jī)聯(lián)合探測(cè)、大深度地質(zhì)鉆探為特色的中低緯度海陸邊界區(qū)探測(cè)的任務(wù)目標(biāo)和系統(tǒng)方案，可為探月任務(wù)的實(shí)施提供參考和啟示。

月面機(jī)器人探測(cè)；月球南極；路線圖；月球背面；Shackleton撞擊坑

1 引言

月面機(jī)器人是一種能夠在自主、半自主或遙控狀態(tài)下執(zhí)行遠(yuǎn)距離、惡劣環(huán)境巡視探測(cè)、采樣分析、物資搬運(yùn)、維修維護(hù)等科學(xué)任務(wù)的智能化機(jī)器人，具有如下明顯特點(diǎn):①環(huán)境適應(yīng)性好，②工作時(shí)間長(zhǎng)，③負(fù)載能力大，④安全性高，⑤程序化、重復(fù)性好等。為控制探月任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，在載人登月前，一般將機(jī)器人探月作為先導(dǎo)；在載人登月任務(wù)中，機(jī)器人也是重要的支持系統(tǒng)。

當(dāng)前月球、火星和小行星探測(cè)的主要形式仍然是無(wú)人月球車、火星車巡視探測(cè)。與此同時(shí)，美國(guó)[1-5]、日本[6，7]和德國(guó)[8，9]已持續(xù)開(kāi)展了數(shù)十種新型月面、火表探測(cè)機(jī)器人的概念研究、演示驗(yàn)證工作。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外60余種星表機(jī)器人的調(diào)研分析，梳理月面機(jī)器人未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)如下:①由單一的機(jī)器人探測(cè)向多機(jī)器人、人機(jī)聯(lián)合探測(cè)發(fā)展，能夠更有效地完成各種探測(cè)任務(wù)；②由傳統(tǒng)的月球車向仿生機(jī)器人發(fā)展，可以適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境，使科考任務(wù)更加靈活、豐富；③由面向平臺(tái)技術(shù)驗(yàn)證向面向探測(cè)科學(xué)應(yīng)用發(fā)展，適應(yīng)月球兩極、熔洞和永久陰影區(qū)環(huán)境，以及鉆探-取樣-分析一體化的機(jī)器人是各國(guó)研究的重點(diǎn)和方向。

本文基于世界月面機(jī)器人探測(cè)的歷史與規(guī)劃，梳理月面機(jī)器人的任務(wù)需求，規(guī)劃月面機(jī)器人探測(cè)路線圖，設(shè)計(jì)月球極區(qū)和中低緯度月面機(jī)器人探測(cè)的典型方案。

2 任務(wù)需求

在未來(lái)月面活動(dòng)中，為降低航天員作業(yè)負(fù)荷并提高工作效率，機(jī)器人及其團(tuán)隊(duì)將廣泛深入地參與月面的各項(xiàng)任務(wù)。在廣泛分析整理國(guó)內(nèi)外月面探測(cè)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上將機(jī)器人月面任務(wù)梳理為如下三類:

1)月面移動(dòng):機(jī)器人(包括無(wú)人巡視機(jī)器人、載人月球車、貨物運(yùn)輸車等)在平緩月海、崎嶇高地、陡峭月坑、曲折熔洞等月面環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從平緩登月地點(diǎn)向月面廣大復(fù)雜地形區(qū)域的持續(xù)機(jī)動(dòng)，從而擴(kuò)大探測(cè)的空間范圍和地形種類。月面移動(dòng)類型包括漫游(輪式、履帶式和行走)、爬行、水平跳躍、滑行、渡過(guò)沙層、翻滾、攀爬及栓系等；

2)月面原位探測(cè):機(jī)器人利用其攜帶的探測(cè)工具、科學(xué)載荷對(duì)各種月面環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行單獨(dú)/人機(jī)聯(lián)合探測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)月面未知信息的獲取或已知信息的驗(yàn)證，從而擴(kuò)展人類對(duì)月球的認(rèn)識(shí)。月面原位探測(cè)活動(dòng)包括月面樣品采集，樣品處理，樣品分析，月面探測(cè)器安裝、調(diào)試與維護(hù)，月面物理、化學(xué)及生物學(xué)實(shí)驗(yàn)等；

3)月面原位產(chǎn)品生產(chǎn):機(jī)器人利用其攜帶的工具將月壤、月巖和礦石等月面原位資源加工成適當(dāng)產(chǎn)品，以降低地球補(bǔ)給的成本和壓力。潛在的月面原位生產(chǎn)的產(chǎn)品包括氧、水、混凝土材料、金屬(Si，F(xiàn)e，Al等)、玻璃、陶瓷、揮發(fā)氣體(CO，He3，N2)等[10]。

根據(jù)上述工程需求，將月面機(jī)器人任務(wù)梳理為遠(yuǎn)距離巡視探測(cè)、采樣分析探測(cè)、載荷搬運(yùn)投放、科學(xué)實(shí)驗(yàn)輔助、設(shè)施維修維護(hù)、航天員服務(wù)支持和設(shè)備組裝建設(shè)等七類。

針對(duì)上述任務(wù)需求，將月面機(jī)器人梳理形成以下三類，如圖1。

圖1 月面機(jī)器人分類Fig.1 Classification of lunar surface robots

1)巡視機(jī)器人:主要任務(wù)是月面環(huán)境的巡視勘察，輔以適當(dāng)?shù)目茖W(xué)考察工作，要求其具有長(zhǎng)時(shí)間、大范圍移動(dòng)，高精度三維地形成像等功能；

2)服務(wù)機(jī)器人:主要任務(wù)是完成各項(xiàng)科學(xué)探測(cè)和工程建設(shè)工作，其功能可根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行配置，主要特點(diǎn)是負(fù)載能力強(qiáng)、操作靈活精細(xì)等；

3)特種機(jī)器人:區(qū)別于一般的機(jī)器人構(gòu)型，主要任務(wù)是執(zhí)行極端環(huán)境的探測(cè)工作，體積小、重量輕，便于攜帶，配置多樣。

3 路線圖

3.1 階段劃分

在分析整理世界月球探測(cè)歷史及未來(lái)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，考慮中國(guó)探月工程的延續(xù)性需求和技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，月面機(jī)器人探測(cè)計(jì)劃分為月球極區(qū)探測(cè)、中低緯度探測(cè)與月球背面探測(cè)三個(gè)階段，如圖2。

第一階段:2020—2028年，進(jìn)行月球南極Malapert山和Shanckleton山及其臨近永久陰影區(qū)的探測(cè)，研究極地光照、月壤、月塵、靜電與水冰等特性，開(kāi)展月面原位制氧、制水等試驗(yàn)，并為載人登月準(zhǔn)備一定的月面保障條件。月球極區(qū)擁有充足的光照時(shí)間、特殊的地形條件和地理位置、獨(dú)特的地體和水冰資源等有利條件。

第二階段:2028—2036年，進(jìn)行中低緯度海陸交界區(qū)及月面熔洞的探測(cè)，研究海陸交界區(qū)的地形地質(zhì)、火山活動(dòng)、火山熔洞等，開(kāi)發(fā)極端地形機(jī)動(dòng)的特種機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)包括熔洞在內(nèi)的復(fù)雜地形的探測(cè)，并為熔洞式月球基地的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

第三階段:2036年后，利用月球背面無(wú)地球反光、電磁波干擾等優(yōu)越條件，建立天文觀測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天全電磁波段的測(cè)量。

圖2 月面機(jī)器人探測(cè)路線圖Fig.2 Roadmap of robot exploration on lunar surface

3.2 著陸點(diǎn)初選

NASA在已取消的星座計(jì)劃中確立了月球探測(cè)著陸點(diǎn)優(yōu)選的三條原則[11]:①滿足自然科學(xué)原理，要求著陸點(diǎn)具有獨(dú)特的科學(xué)研究?jī)r(jià)值；②存在潛在資源，要求候選著陸點(diǎn)能代表月面可供探索和開(kāi)發(fā)的典型自然資源；③工程操作可行性，要求候選著陸點(diǎn)具備牽牛星及其它月面著陸器能夠到達(dá)的地形條件。借鑒上述原則，結(jié)合我國(guó)探月工程的經(jīng)驗(yàn)積累與技術(shù)儲(chǔ)備，考慮未來(lái)月球基地的遠(yuǎn)景需求，針對(duì)前述的三個(gè)探測(cè)階段進(jìn)行著陸點(diǎn)初選，得到如下五個(gè)初選著陸點(diǎn)。

1)Malapert山

月球南極Malapert山，位于南緯85.99°、西經(jīng)2.93°，距離南極點(diǎn)100余公里[12]，海拔5 km。初選理由如下:

(1)科學(xué)價(jià)值高:位于直徑為69 km的 Malapert撞擊坑西南段邊緣，是研究撞擊坑地質(zhì)的良好地點(diǎn)；山體南面存在局部永久陰影區(qū)，便于開(kāi)展陰影區(qū)探測(cè)；

(2)光照條件好，一年中89%的時(shí)間山頂有全光照，4%有局部光照，便于利用太陽(yáng)能發(fā)電；

(3)通訊條件好，可在山頂建立中繼通訊站，提供從月球南極至地球的全天候通信；

(4)山體西側(cè)坡度適宜，存在一條可由輪式車輛翻越、直達(dá)峰頂?shù)奶烊恍逼隆?/p>

2)Shackleton山

Shackleton山位于月球南極極區(qū)，直徑21 km，深4.2 km，該環(huán)形山西北邊緣為南極點(diǎn)，初選理由如下:

(1)科學(xué)價(jià)值高，Shackleton山西側(cè)邊緣A1地點(diǎn)存在相距很近的常年光照區(qū)和永久陰影區(qū)[13]，兩者水平距離約為600 m，高程差約為200 m，便于開(kāi)展跨明暗界線水冰探測(cè)[14]；

(2)光照條件好，山頂存在多個(gè)光照率超過(guò)90%的常年光照區(qū)；

(3)著陸條件好，A1地點(diǎn)附近存在一條水平寬度約為200 m的狹長(zhǎng)地帶，適合進(jìn)行高精度定點(diǎn)登陸；

(4)坑底的永久陰影區(qū)常年低溫(約40 K)，不受地球電磁信號(hào)干擾，便于開(kāi)展高精度天文觀測(cè)。

3)史密斯海

月球正面史密斯海(北緯1.7°、東經(jīng)85.5°)，處于海陸交界處[15]，初選理由如下:

(1)科學(xué)價(jià)值高:附近分布有大量年輕火山熔巖(年齡10～20億年)，且存在重力異常(質(zhì)量瘤)，便于開(kāi)展大深度地質(zhì)鉆探研究；

(2)海陸交界處地貌、地質(zhì)類型豐富，地層時(shí)代跨度較大，可進(jìn)行多樣化的采樣探測(cè)；

(3)著陸條件好，周邊存在多處平坦區(qū)域；

(4)資源豐富，月壤富鐵，便于開(kāi)展原位資源利用。

4)Marius丘陵

Marius丘陵(北緯14°、西經(jīng)55°)，位于月球正面赤道附近，附近存在“月面熔洞”[16]，初選理由如下:

(1)科學(xué)價(jià)值高:月球熔洞是月面下熔巖流在特定條件下氣化揮發(fā)后的管狀洞穴，人類尚未對(duì)其開(kāi)展過(guò)近距離探測(cè)；

(2)熔洞內(nèi)溫度恒定(約－20℃)，無(wú)沙塵，可有效地防止微隕星雨、各種輻射危害，是未來(lái)載人月球基地的優(yōu)選地址之一；

(3)熔洞內(nèi)空間大，日本的“月亮女神”號(hào)月球探測(cè)器拍攝的圖片顯示[17]，該熔洞可以容納整座白宮；

(4)著陸條件好，附近局部地形較平坦。

5)代達(dá)羅斯坑

代達(dá)羅斯坑，位于月球背面中心區(qū)域，直徑100 km[18]，初選理由如下:

(1)月球背面可以有效避開(kāi)來(lái)自地球的干擾信號(hào)，便于開(kāi)展射電、甚低頻天文觀測(cè)和特殊科學(xué)實(shí)驗(yàn)；

(2)代達(dá)羅斯坑周邊存在高聳山脊，可以有效阻隔來(lái)自月球軌道衛(wèi)星的干擾噪聲，未來(lái)可在此利用環(huán)形山地形建立一個(gè)口徑達(dá)到100 km的固定碗形望遠(yuǎn)鏡，開(kāi)展對(duì)宇宙深處的高精度探測(cè)。

4 典型方案

在上述5個(gè)初選著陸點(diǎn)中，月球背面探測(cè)及天文觀測(cè)平臺(tái)建立因工程巨大可作為遠(yuǎn)期規(guī)劃，月球極地Shackleton山跨明暗界線探測(cè)和中低緯度海陸邊界區(qū)探測(cè)因相對(duì)較高的科學(xué)價(jià)值和工程可實(shí)現(xiàn)性而成為優(yōu)先選擇。接下來(lái)詳細(xì)闡述以水冰探測(cè)和生物學(xué)實(shí)驗(yàn)為主要目標(biāo)的月球南極Shackleton山跨明暗界線探測(cè)方案，以及以人機(jī)聯(lián)合探測(cè)、大深度地質(zhì)鉆探為特色的中低緯度海陸邊界區(qū)探測(cè)的任務(wù)目標(biāo)和系統(tǒng)方案。

4.1 南極Shackleton山探測(cè)

優(yōu)選Shackleton山西側(cè)邊緣為著陸地點(diǎn)，探測(cè)任務(wù)主要包括:

(1)建立跨明暗界線光能傳輸系統(tǒng)，在Shanckleton撞擊坑永久陰影區(qū)中光斑區(qū)域建立溫暖、低輻射環(huán)境(18～26℃)[13]；

(2)在永久陰影區(qū)溫暖、低輻射環(huán)境，進(jìn)行小型密閉的生物實(shí)驗(yàn)；

(3)探測(cè)Shanckleton撞擊坑永久陰影區(qū)水冰；

(4)開(kāi)展常年光照區(qū)至永久陰影區(qū)巡視探測(cè)；

(5)開(kāi)展原位月壤制氧實(shí)驗(yàn)；

(6)開(kāi)展原位制造月面建筑材料的試驗(yàn)；

(7)建立月球南極太陽(yáng)能電站，為后續(xù)的探測(cè)提供能源保障。

典型探測(cè)方案如圖3，左上方為常年光照區(qū)，其中設(shè)有可沿豎直軸360°旋轉(zhuǎn)的太陽(yáng)能發(fā)電裝置和光能反射裝置，太陽(yáng)能發(fā)電裝置安裝在靜止的著陸器上，光能反射裝置安裝在一個(gè)具有一定移動(dòng)能力的平臺(tái)上，可以進(jìn)行小范圍機(jī)動(dòng)而選取最優(yōu)的反光地點(diǎn)，將光能傳輸至永久陰影區(qū)的預(yù)定位置；右下方為永久陰影區(qū)中被照亮的光斑區(qū)域，其中設(shè)有安裝在移動(dòng)平臺(tái)上的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，可用于水冰鉆探取樣與原位分析，以及月面生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)配置如下:

(1)一個(gè)跨明暗界線光能傳輸裝置:將常年光照區(qū)的太陽(yáng)能定向傳輸至永久陰影區(qū)的目標(biāo)區(qū)域，同時(shí)為永久陰影區(qū)的設(shè)施提供通訊中繼；應(yīng)用二塊可繞水平軸和豎直軸偏轉(zhuǎn)的反光鏡將來(lái)自不同方位的太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)二次反射而傳輸至同一個(gè)目標(biāo)區(qū)域；

圖3 月球南極跨明暗界線的探測(cè)方案Fig.3 Lunar pole exploration between HIR and PSR

(2)一座太陽(yáng)能發(fā)電站:通過(guò)電纜向水冰探測(cè)機(jī)器人供電，可為先期建成，或由本次任務(wù)的著陸器兼任；

(3)一個(gè)水冰探測(cè)機(jī)器人:要求具有較強(qiáng)的爬坡越障及脫困能力，攜帶鉆取機(jī)械臂與原位分析實(shí)驗(yàn)包等有效載荷，可進(jìn)行原位水冰鉆探、采樣和原位分析；在連接太陽(yáng)能發(fā)電站的承力電纜的輔助下水冰探側(cè)機(jī)器人攜帶科學(xué)實(shí)驗(yàn)室自行移動(dòng)至永久陰影區(qū)，承力電纜具有傳輸電能和約束牽引水冰探測(cè)機(jī)器人雙重功能；

(5)一個(gè)生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)包:其中包含低等植物(如藻類)、種子、微生物及小動(dòng)物(如跳蚤)等生物的密閉自循環(huán)微型生態(tài)系統(tǒng)，由水冰探側(cè)機(jī)器人攜帶至永久陰影區(qū)中由光能傳輸裝置照亮的光斑區(qū)域，驗(yàn)證生物在改造后永久陰影區(qū)溫暖、低輻射環(huán)境中(18～26℃)的適應(yīng)性。

4.2 中低緯海陸交接處探測(cè)

優(yōu)選史密斯海(北緯1.7°、東經(jīng)85.5°)為著陸地點(diǎn)，探測(cè)任務(wù)主要包括:

(1)實(shí)現(xiàn)月面人機(jī)協(xié)同行走、探測(cè)；

(2)開(kāi)展大深度地質(zhì)鉆探，獲取火山熔巖或質(zhì)量瘤區(qū)域深層的巖芯樣本；

(3)投放、安裝月震儀、無(wú)線電信標(biāo)、熱流探針和激光反射器等儀器；

(4)航天員駕駛載人車實(shí)現(xiàn)十公里量級(jí)的月面機(jī)動(dòng)；

(5)利用小型跳躍機(jī)器人探測(cè)極端地形區(qū)域。

人機(jī)聯(lián)合探測(cè)系統(tǒng)配置如表1所示。

表1 人機(jī)聯(lián)合探測(cè)系統(tǒng)配置Table 1 System configuration of human-robot exploration

人機(jī)聯(lián)合探測(cè)過(guò)程如圖4所示，典型步驟如下:

1)隨車搜索階段

為尋找理想的探測(cè)/采樣點(diǎn)，在較平坦的待探測(cè)月面將兩臺(tái)機(jī)器人放下，機(jī)器人和月球車以特定的隊(duì)形分別從不同方向進(jìn)行搜索，機(jī)器人將所得視頻及其它數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至載人月球車供航天員分析，以提高搜索效率。

圖4 月面人機(jī)聯(lián)合探測(cè)全過(guò)程主要探測(cè)模式及任務(wù)Fig.4 Main tasks and exploration modes of human-robot exploration’s process

2)人機(jī)聯(lián)合行走階段

在月面復(fù)雜地形環(huán)境下，機(jī)器人自主導(dǎo)航移動(dòng)速度很慢而難以跟上航天員的步伐，需要充分借助航天員的靈敏視覺(jué)和高級(jí)思維進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)路徑規(guī)劃，根據(jù)具體實(shí)施方案不同產(chǎn)生如下兩種工作模式:

(1)跟隨模式:航天員實(shí)時(shí)規(guī)劃便于機(jī)器人和自身行走的路徑并在隊(duì)伍前方領(lǐng)路，機(jī)器人通過(guò)識(shí)別航天員背部的定位信號(hào)而直接解算出跟隨路徑，因而無(wú)需自主分析規(guī)劃路徑而大大提高機(jī)器人的行走速度，如圖5。

(2)遙控模式:由于局部避障或特殊路段行走需要，航天員通過(guò)基于人體手臂神經(jīng)肌肉特點(diǎn)的可穿戴控制設(shè)備近距離控制機(jī)器人按指定路徑行走；或通過(guò)激光筆照射間接指示機(jī)器人的行走路徑。

3)人機(jī)聯(lián)合探測(cè)階段

在航天員及普通機(jī)器人難以進(jìn)入的月面區(qū)域，啟動(dòng)單次跳躍高度可達(dá)3～5 m的跳躍機(jī)器人，在航天員的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)操作下執(zhí)行跳躍運(yùn)動(dòng)抵達(dá)較陡的山坡或凹坑，近距離拍攝照片，并通過(guò)其攜帶的小型采樣器對(duì)具有潛在研究?jī)r(jià)值的小型樣本采樣并帶回?；蛘吆教靻T攜帶蠕蟲(chóng)機(jī)器人，鉆入月面以下進(jìn)行采樣返回。

圖5 人機(jī)聯(lián)合行走中“跟隨模式”示意圖［19］Fig.5 Following mode of human-robot walking［19］

4)人機(jī)聯(lián)合鉆探階段

在海陸邊界區(qū)具有適當(dāng)?shù)刭|(zhì)結(jié)構(gòu)的地點(diǎn)(如質(zhì)量瘤)，為獲取深層月壤/巖心樣本，進(jìn)行人機(jī)聯(lián)合鉆探。

月球表面的低引力環(huán)境導(dǎo)致月面鉆探任務(wù)變得艱難，為獲得盡可能大的豎直向下的鉆進(jìn)力，需要借助各種可用的重物資源，并采用特殊的固定措施，如將鉆探機(jī)器人通過(guò)帶地楔的斜拉索固定在月面上，并在航天員的輔助下完成相關(guān)鉆探機(jī)器人的定位、安裝和調(diào)試，并進(jìn)行試鉆。在航天員離開(kāi)后，鉆探機(jī)器人持續(xù)工作直至鉆達(dá)預(yù)期深度，并取出、封裝樣本。

5)危機(jī)處置階段

當(dāng)航天員在遠(yuǎn)離月球車的地方意外失去行走能力時(shí)，兩臺(tái)機(jī)器人進(jìn)入機(jī)器人組合救援模式，如緊急拋棄載荷并連接成一個(gè)便于平放航天員的移動(dòng)平臺(tái)，在另一名航天員的引導(dǎo)下完成傷員運(yùn)輸任務(wù)，如圖6所示。

圖6 機(jī)器人組合救援模式示意圖［20］Fig.6 Rescuing mode of human-robot exploration［20］

5 結(jié)論

1)梳理了月面移動(dòng)、月面原位探測(cè)、月面原位生產(chǎn)三大類，以及遠(yuǎn)距離巡視探測(cè)、采樣分析探測(cè)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)輔助、航天員服務(wù)支持和設(shè)備組裝建設(shè)等七小類月面機(jī)器人探測(cè)的任務(wù)需求；

2)提出了月球南極、中低緯度和月球背面三階段月面機(jī)器人探測(cè)路線圖，闡述了各階段的主要任務(wù)，并從科學(xué)價(jià)值、工程可行性等方面開(kāi)展了著陸地點(diǎn)初選；

3)設(shè)計(jì)了以水冰探測(cè)和生物學(xué)實(shí)驗(yàn)為主要目標(biāo)的月球南極Shackleton山跨明暗界線探測(cè)，以及以人機(jī)聯(lián)合探測(cè)和大深度地質(zhì)鉆探為特色的中低緯度海陸邊界區(qū)探測(cè)方案。

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Research on the Roadmap and Typical Scenarios of Lunar Surface Robot Exploration

ZENG Lingbin1，2，QIU Baogui1，2，XIAO Jie1，2，SHAO Jiming1，2，LI Baojiang1，2，YE Liang1，2
(1.Shanghai Institute of Aerospace Systems Engineering，Shanghai 201109，China；2.Shanghai Key Laboratory of Spacecraft Mechanism，Shanghai 201109，China)

Compared to expensive manned lunar exploration，robot exploration can carry out more sorts of works safely and consistently，such as roving exploration，in-situ sampling，maintenance，and carrying heavy cargoes，et al.After analyzing foreign countries’histories and future plans of lunar surface robot exploration，three trends are summered up，and seven requirements are classified.Three phases of lunar South Pole exploration，middle-low latitude exploration and lunar far-side exploration are proposed based on our country’s lunar exploration overall planning and aero-space technique level，and landing sites are primarily selected from the views of scientific value and engineering feasibility.At last，requirements analyzing and scenarios designs of Shackleton mountain exploration and middle-low latitude exploration are detailed，which can be used to as proposals for our country’s future lunar surface exploration.

lunar surface robot exploration；lunar South Pole；roadmap；lunar far-side；Shackleton crater

V476.3

A

1674-5825(2015)03-0263-07

2014-7-01；

2014-9-15

曾令斌(1983－)，男，博士，工程師，研究方向?yàn)樵旅婊顒?dòng)系統(tǒng)、空間結(jié)構(gòu)在軌組裝技術(shù)。E-mail:zlblb＠126.com.