對話“喀嗎哆－１”月球車設(shè)計者馮健翔

“舉頭望明月，低頭思故鄉(xiāng)”。

月球，這個浩瀚宇宙中離地球最近的天然星體，從來沒有像今天這樣棲滿了全人類的目光。包括上個世紀(jì)探月、登月成功的兩個超級大國，許多國家紛紛提出各自的探月計劃。俄羅斯、美國和日本等國，甚至都有了建立永久性月球基地的打算。

我國探月工程2004年順利啟動，標(biāo)志著中國現(xiàn)代版“嫦娥奔月”正式上演。三年后的2007年10月24日，我國“嫦娥一號”衛(wèi)星成功發(fā)射，準(zhǔn)確入軌。經(jīng)過近一個月的飛行，“嫦娥一號”抵達(dá)近月軌道，接下來發(fā)回月球照片，并開始實現(xiàn)繞月探測等等，中國探月工程順利完成了第一步。作為我國探月工程“繞、落、回”三步走之第二步的“落”，要用月球車(機(jī)器人)近距離探測月球地質(zhì)結(jié)構(gòu)等。關(guān)于中國版月球車的各項技術(shù)參數(shù)及需要完成的科研任務(wù)2005年已有初步標(biāo)準(zhǔn)，月球車項目要在全國科研單位中展開公開競爭，充分發(fā)揮各科研單位的優(yōu)勢，優(yōu)選出最適合月球探測要求的月球車。

日前，就中國版月球車設(shè)計問題，記者專訪了“喀嗎哆-1”月球車(機(jī)器人)原型系統(tǒng)設(shè)計人——中國探月工程應(yīng)用專家委員會專家、解放軍裝備指揮技術(shù)學(xué)院遙科學(xué)與智能化實驗室主任馮健翔教授。

記者(以下簡稱“記”)：為什么要研究月球車?月球車和地球車有什么不同，它必須滿足月球上哪些自然條件?月球車在月球的著陸過程是怎樣的?

馮健翔(以下簡稱“馮”)：我們所說的月球車，實際上是指無人駕駛的遠(yuǎn)距離操作的機(jī)器人。月球表面的考察探測，沒有人就只能靠它們了。月球上沒有路，月球環(huán)境與地球環(huán)境截然不同。地球車不能當(dāng)月球車用，所以研究月球車很重要。

月球車和地球車的主要區(qū)別是：地球車可以做得體積很大而月球車必須做得很小，大了火箭背不動，飛船裝不下，送不到月球上去。還有就是地球車主要在平道上行走，而月球上沒有人給你鋪好路只能在野地里走。還有就是，地球上有很詳細(xì)的交通圖，路標(biāo)和導(dǎo)航設(shè)備，實在不行還有110幫你忙。月球上可什么也沒有啊。所以，國外有人說月球車是“孤獨(dú)的哨兵”。月球自然條件險惡，月球車在月面荒野中，面臨月面太冷太熱(正負(fù)100多攝氏度溫差)考驗，隕石坑多，溝溝坎坎，沒有坦途，可能時時有磕磕碰碰、落入隕石坑、與地球失去聯(lián)系、找不著北、不知何去何從、本身故障等各種危險。

我原來研究航天大系統(tǒng)的遙科學(xué)與智能化技術(shù)，后來拓展到研究月球機(jī)器人技術(shù)，發(fā)射著陸技術(shù)接觸不多。大約說，月球車的發(fā)射著陸過程，應(yīng)該可以有不同的方式，就像在地球上把貨物運(yùn)送到目的地可以有不同的方式一樣，看怎么規(guī)劃設(shè)計。目前，美國火星車的發(fā)射著陸方法，是將車裝在飛船里，就像將宇航員裝在飛船里一樣，利用運(yùn)載火箭，將飛船推到環(huán)火星軌道上，到達(dá)合適的軌道位置后，飛船脫離軌道，飛向火星，然后打開緩沖降落傘和反推火箭減速，臨近火星地面一剎那，飛船身上的若干氣囊迅速充氣把飛船包裹起來，使得撞擊火星地面時不至于造成破壞，最后，飛船停在火星上呈蓮花瓣展開，車從飛船花瓣的某個固定方向溜到火星地面上去，然后開始行走執(zhí)行自己的任務(wù)。我國月球車有可能也會采取類似辦法著陸(我們的“喀嗎哆-l”月球車是萬向行走的，哪個方向好下去就從哪個方向下去，是一個重要優(yōu)點(diǎn))。

記：中國版月球車從著陸器上下來，將執(zhí)行哪些月球探測任務(wù)?

馮：這方面，要月球工程總指揮、總設(shè)計師和首席科學(xué)家，如欒恩杰、孫家棟、歐陽自遠(yuǎn)等老總們才能敲定，他們叫干什么就干什么!我理解，目前，去探測月球地形地貌，了解月球環(huán)境，勘探月球的地質(zhì)構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)稀有礦物質(zhì)等等可能很重要。當(dāng)然，長遠(yuǎn)看，月面上將有許多國家發(fā)射甚至建設(shè)的月球設(shè)施。那時，月球車的任務(wù)可能更多。

記：在我國月球探測二期工程中，將實現(xiàn)月表著陸探測與月球車巡視勘測，早在“嫦娥工程”公布月球車標(biāo)準(zhǔn)之前，國內(nèi)各科研院所為能搶到先機(jī)，紛紛推出自行研制的月球車。您和您的“喀嗎哆”小組也推出了自己的“喀嗎哆-1”月球車，請問你們的月球車與國外的月球車有何異同?

馮：“喀嗎哆-1”只是一個初步的原型系統(tǒng)，原型系統(tǒng)是用來開展試驗研究關(guān)鍵技術(shù)的。我們2000年設(shè)計成“喀嗎哆-1”月球車(我們內(nèi)部叫“喀嗎哆-1”月球機(jī)器人原型系統(tǒng))，已經(jīng)獲得兩項國家專利：發(fā)明專利是關(guān)于它的多艙體系統(tǒng)分布式柔性結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)布局可以很好地融入地月遙科學(xué)分布智能化大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；外觀專利是對稱三加一輪系+對稱三扇圓形平臺+柱狀桅桿+360度自由旋轉(zhuǎn)攝像測量頂艙。最早設(shè)計還有機(jī)械手，后來因經(jīng)費(fèi)短缺沒有加上。還有幾種與設(shè)計試驗相關(guān)的技術(shù)專利正在申報?！翱岫?1”完全不同于國內(nèi)外的月球車、火星車設(shè)計。初步試驗和仿真結(jié)果都一再表明，與美國火星車等相比，“喀嗎哆-1”機(jī)器人優(yōu)點(diǎn)有：1.外形美觀大方。2.結(jié)構(gòu)布局合理容錯能力強(qiáng)：分布式多艙體布局，采用分市式智能控制，一個艙體出一般問題可以考慮另一個艙體代行職能，一個艙體出重大問題一般不會影響其它艙體正常工作。3.柔性輪系結(jié)構(gòu)，可萬向行走靈活性高，好處多：著陸方便，美國火星車只能從一個方向溜出著陸器，當(dāng)著陸器正前方有大型障礙物車就無法溜出，任務(wù)就失敗了，而“喀嗎哆-1”可以從任意方向溜出著陸器，不存在這種風(fēng)險。4.避障越障安全可靠：美國火星車采用一種所謂前后向搖臂結(jié)構(gòu)，只在前后方向是柔性的，左右方向是固定的，容易側(cè)翻，而“喀嗎哆-1”所有方向都是柔性的，不易翻車。5.行走穩(wěn)定性好：始終四輪抓地，行走很穩(wěn)健。6.安全可靠性高：四輪星型連接，成多三角形關(guān)系，一個輪子出題，可以繼續(xù)穩(wěn)定行進(jìn)；停車作業(yè)時安全穩(wěn)定：輪子始終與月面接觸，構(gòu)成多個穩(wěn)定的三角形支撐，所以更穩(wěn)定。7.節(jié)約電能：柔性結(jié)構(gòu)使得四個輪子始終與月面接觸，輪子不會空轉(zhuǎn)打滑，所以不浪費(fèi)能源。8.節(jié)約飛船存貯空間：采用圓形車體設(shè)計，與一般的鐘形著陸器圓底吻合較好，不浪費(fèi)空間。

“喀嗎哆-1”的設(shè)計已經(jīng)引起國內(nèi)外同行重視：前美國“阿波羅計劃”專家和俄羅斯快船局專家為此專門訪問過本小組，俄彼得堡航天機(jī)器人中心、德國不來梅大學(xué)等單位專家關(guān)心過這種設(shè)計，有過合作開展有關(guān)研究意向，國內(nèi)也有單位開始考慮它的初步應(yīng)用，海內(nèi)外多家單位希望獲得“喀嗎哆-1”其他商業(yè)用途的授權(quán)。

記；在“喀嗎哆-1”月球車研制過程中，你們對國家提出的月球車標(biāo)準(zhǔn)有沒有信心，依據(jù)是什么?”

馮：近幾年，我們這個小組一直在做“喀嗎哆-1”(室內(nèi)試驗版)行車試驗和性能改進(jìn)，已經(jīng)形成一個較為完整的車體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和行走遙操作控制原型系統(tǒng)設(shè)計，“喀嗎哆-1”的越障和旋轉(zhuǎn)等主要功能已全部通過試驗檢驗，爬坡能力達(dá)到了27度。性能更強(qiáng)大的“喀嗎哆-2”(外場試驗原型系統(tǒng))正在研制，將于年初進(jìn)入野外試驗，準(zhǔn)備向美國火星車爬坡35度的世界紀(jì)錄發(fā)起挑戰(zhàn)。地月遙感科學(xué)智能化系統(tǒng)設(shè)計方案已經(jīng)初步實現(xiàn)其試驗原型系統(tǒng)，并成功用于“喀嗎哆-1”試驗操作控制，包括自主操作控制和遠(yuǎn)程遙操作控制。我們有信心為國家月球工程計劃提供一種候選設(shè)計或候選技術(shù)。

記：從你們制作出“喀嗎哆”樣車，到研究出真正的能到月球上工作的月球車，這個中間的距離還有多遠(yuǎn)?

馮：這個要看領(lǐng)導(dǎo)部門和工程部門的任務(wù)規(guī)劃復(fù)雜度和投入情況。我估計，以我們的現(xiàn)有工作為基礎(chǔ)，工程化過程有三五年應(yīng)該可以。但是，如果月球車要完成的任務(wù)很復(fù)雜，功能配置很多，那么不但車復(fù)雜，地面遙控操作控制系統(tǒng)復(fù)雜，測試試驗環(huán)境也復(fù)雜，時間就會比較長。所以，我建議量力而行，不能頭腦發(fā)熱搞得太復(fù)雜了，太復(fù)雜勞民傷財。

記：你們的月球車有幾種研究方案可供選擇，一旦你們的方案沒被采納，是不是意味著所有的研究方案和辛苦都白費(fèi)了?

馮：我們的設(shè)計方案，主要是一種，但是，我們也在考慮它的變形方案。到時，都會拿出來，包括把所有的試驗結(jié)果拿出來，供國家月球工程方面挑選。我希望這個方案若不能做主角就做配角，不要落選。哪一個娘不希望自己的孩子行啊!當(dāng)然，如果月球工程這個階段用不上，我們就進(jìn)一步加強(qiáng)改進(jìn)研究和試驗，等待新的機(jī)會。

記：參與全國競爭，主要壓力來自哪里?動力又是什么?目前小組成員的工作狀態(tài)如何?

馮：我們是有感而發(fā)，是長期遙科學(xué)智能化一系列研究工作拓展的結(jié)果，有那么多人關(guān)心支持，壓力不大。至于動力，像所有的科研同行一樣，大了說是想不辱使命為國家做點(diǎn)貢獻(xiàn)，小了說是不枉此生做點(diǎn)有意義的事情。目前，我們這個小組依然很努力，因為與剛開始時一無所有的狀態(tài)比，總是有了些基礎(chǔ)，有了些資金，而且有了些掌聲嘛。

我們相信，堅持下去，我們會有更好的“喀嗎哆”技術(shù)來接受國家計劃選擇。我們有支持月球車必備的遙科學(xué)與智能化系統(tǒng)基礎(chǔ)研究，優(yōu)異的月球車設(shè)計和獨(dú)立的月球車系統(tǒng)知識產(chǎn)權(quán)。我們希望國家月球工程部門能“收養(yǎng)并且養(yǎng)好這個好孩子”，將它打造成一輛獨(dú)具特色的中國版月球車!