國(guó)外月球車(chē)一瞥

人類(lèi)對(duì)月球探測(cè)的科學(xué)內(nèi)涵正在不斷擴(kuò)展，它包括月球的科學(xué)、基于月球的科學(xué)和居于月球的科學(xué)三個(gè)方面。根據(jù)這樣的理念，未來(lái)的月球探索不僅要發(fā)射大量的軌道器對(duì)月球進(jìn)行普查，還要進(jìn)行更多的月面活動(dòng)，對(duì)月球進(jìn)行詳查。所以，用月面巡視探測(cè)器（或叫月球車(chē)）對(duì)月面某一區(qū)域進(jìn)行探測(cè)十分重要。

1 車(chē)分兩類(lèi)

月球車(chē)是進(jìn)行月球表面探測(cè)的重要工具之一。按照探測(cè)方式月球車(chē)一般分為兩類(lèi)：一類(lèi)是無(wú)人駕駛的月球探測(cè)車(chē)，它由輪式底盤(pán)和儀器艙組成，載有多種科學(xué)探測(cè)設(shè)備，用太陽(yáng)能電池和蓄電池聯(lián)合供電，它是靠地面遙控指令或自主控制在月面進(jìn)行巡視探測(cè)，蘇聯(lián)在20世紀(jì)70年代發(fā)射的月球車(chē)-1、2屬于這類(lèi)。另一類(lèi)是有人駕駛的月球車(chē)，它主要作為航天員在月面活動(dòng)的交通工具，用于擴(kuò)大航天員的活動(dòng)范圍和減少航天員的體力消耗，并隨時(shí)存放航天員收集的巖石和土壤標(biāo)本，美國(guó)阿波羅-15、16、17載人登月的航天員曾使用這種類(lèi)似電瓶車(chē)的月球車(chē)在月面活動(dòng)，他們除科考和收集月巖樣品外，還用車(chē)上的攝像機(jī)和傳輸設(shè)備，向地球發(fā)回了航天員在月面的活動(dòng)情景和離開(kāi)月面時(shí)的情景。

至今，國(guó)外一共發(fā)射過(guò)5輛月球車(chē)，即用于在月面進(jìn)行無(wú)人巡視探測(cè)的蘇聯(lián)月球車(chē)-1和2（分別由月球-17、21落月探測(cè)器釋放）和用于在月面運(yùn)送航天員進(jìn)行科學(xué)探測(cè)的美國(guó)3輛有人駕駛的月球車(chē)（分別由阿波羅-15、16和17載人登月飛船帶到月面）。

按走行方式，月球車(chē)還可分為輪式、腿式、蛇式、輪腿式、跳躍式、履帶式、滑撬式、氣囊式、履帶輪式和螺旋滾筒式等多種類(lèi)型。不過(guò)，目前已使用的月球車(chē)都采用輪式，它又分為4輪式、6輪式、8輪式等。

2 漫游四方

無(wú)人月球車(chē)是一種在月面進(jìn)行巡視探測(cè)的行走裝置，它需適應(yīng)月球環(huán)境，攜帶科學(xué)探測(cè)儀器在月面進(jìn)行巡視探測(cè)，并把探測(cè)數(shù)據(jù)傳送回地球。因此，無(wú)人月球車(chē)實(shí)際上就是一種能夠在月球移動(dòng)并完成探測(cè)任務(wù)的機(jī)器人。其主要作用是：裝載科學(xué)探測(cè)儀器，并為這些儀器提供電源、溫控、測(cè)控等正常工作的條件；在月面行走并進(jìn)行勘測(cè)；把所探測(cè)到的科學(xué)數(shù)據(jù)傳回地球。

蘇聯(lián)月球車(chē)-2模型

在技術(shù)上，月球車(chē)要能適應(yīng)月球輻射強(qiáng)、低重力（月球重力是地球的1/6，月壤很松軟，行進(jìn)效率會(huì)降低）、路況復(fù)雜（月面崎嶇不平，月球車(chē)的輪子既不能打滑，也不能翻車(chē)，并可前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡、取物、采樣和翻轉(zhuǎn)）、溫差很大（月球的1天溫度相差大約310℃）等不利條件，并具有自主工作能力（達(dá)到初級(jí)人工智能，例如，識(shí)別、爬越或繞過(guò)障礙物等）。

月球車(chē)可拍攝月面高分辨率圖像；勘查月球的物質(zhì)和資源；研究月球的地形、地質(zhì)和形態(tài)特征以及表面的輻射和環(huán)境；分析月面土壤的化學(xué)成分和物理力學(xué)性質(zhì)；考察和收集月面的巖石樣品等。

國(guó)外專(zhuān)家還提出過(guò)不少載人月球車(chē)的方案，例如，月球摩托車(chē)、火箭單座車(chē)、月球拖掛車(chē)、月球軌道巴士、中型月球探險(xiǎn)車(chē)、客貨兩用月球車(chē)、雙座多用途高性能小型月球車(chē)等，但都沒(méi)有投入實(shí)用。在美國(guó)小布什總統(tǒng)執(zhí)政期間，美國(guó)為了重返月球，曾實(shí)施星座計(jì)劃，為此研制了密封式月球車(chē)，即航天員在該車(chē)內(nèi)可以不穿登月服，但隨著星座計(jì)劃的取消，這種月球車(chē)也不了了之了。

3 巡視探測(cè)

1970年11月10日和1973年1月8日，蘇聯(lián)先后用質(zhì)子號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射了月球-17和21落月探測(cè)器。其著陸器質(zhì)量約1080kg，著陸機(jī)構(gòu)為4個(gè)腿式緩沖著陸架，攜帶了著陸雷達(dá)、姿態(tài)控制系統(tǒng)、推力可調(diào)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、陀螺、探測(cè)溫度和輻射的儀器等。月球-17在月球雨海軟著陸，月球-21在月球默尼環(huán)形山軟著陸

月球-17和21落月探測(cè)器分別攜帶的月球車(chē)-1、2基本相同，都裝有8個(gè)輪子，長(zhǎng)為2.13m，軸距為1.70m，車(chē)輪直徑為0.51m，寬度為0.20m，車(chē)輪動(dòng)力范圍為0.1m，行駛速度為1～2km/h，可翻越30°的坡，電源采用太陽(yáng)電池陣列+蓄電池，在月夜期間，通過(guò)釙-210放射性同位元素加熱器保溫。

其不同之處是：月球車(chē)-1的質(zhì)量為756kg，裝有2副天線(xiàn)、4臺(tái)攝像機(jī)、月壤探測(cè)器、X射線(xiàn)光譜儀、X射線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡、宇宙射線(xiàn)探測(cè)器和激光設(shè)備等科學(xué)儀器，在月面行駛了10.5km，工作了10個(gè)月，后由于能源不足停止工作；月球車(chē)-2的質(zhì)量為840kg，裝有3臺(tái)攝像機(jī)、月壤探測(cè)器、太陽(yáng)X射線(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器、天體光度測(cè)量計(jì)、磁力計(jì)、輻射計(jì)等科學(xué)儀器，在月面行駛了37km，工作了4個(gè)月，地面人員可通過(guò)月球車(chē)-2發(fā)回的圖像來(lái)指揮其在月面的行走。另外，相比月球車(chē)-1，月球車(chē)-2在結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)，運(yùn)動(dòng)速度有所提高，攝像性能有所改善，活動(dòng)范圍大幅增加。

月球車(chē)-1拍攝了20000多張照片，對(duì)500個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了土壤物理測(cè)試，對(duì)25個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了土壤化學(xué)分析，總考察面積接近80000m2。此外，它還收集了大量月面輻射數(shù)據(jù)。月球車(chē)-2拍攝了發(fā)回86張全景照片、80000多張電視圖片。

4 交通工具

1971年7月-1972年12月，美國(guó)先后發(fā)射了阿波羅-15、16、17載人登月飛船，它們各自裝有一輛折疊式載人月球車(chē)，并且基本相同，均可在月面低重力、真空環(huán)境中行駛，從而擴(kuò)大了航天員的艙外活動(dòng)范圍。每輛“阿波羅”月球車(chē)質(zhì)量約210kg，長(zhǎng)3m，軸距2.3m，高1.1m，有4個(gè)輪子（每個(gè)輪子各由1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，靠蓄電池提供動(dòng)力，輪胎在－100℃低溫下仍可保持彈性），電源采用銀鋅氫氧化鉀一次性電池，行駛速度為10～12km/h，能攜帶約490kg的有效載荷。車(chē)上裝有2個(gè)并排的可折疊座位，每個(gè)座位有可調(diào)節(jié)的踏板和安全帶。車(chē)前端桅桿上裝有大型網(wǎng)狀碟型天線(xiàn)。航天員通過(guò)位于2個(gè)座位之間的T形手動(dòng)控制器來(lái)控制漫游車(chē)。手柄前部有一個(gè)控制與顯示模塊，顯示當(dāng)前的速度、方向、電源和溫度情況。其最高時(shí)速可達(dá)16km，航天員坐在里面駕駛著它在月球表面巡游，以車(chē)代步，爬越障礙，翻越溝壑，對(duì)山脈、峽谷和火山口進(jìn)行了考察，并把激動(dòng)人心的彩色圖像傳回地面。

阿波羅-15的月球車(chē)總共行駛了27.76km，總時(shí)間為3h2min，最長(zhǎng)單次行駛距離為12.47km，離開(kāi)登月艙的最長(zhǎng)距離為5km，收集了約77kg月球樣品；阿波羅-16的月球車(chē)總共行駛了26.55km，總時(shí)間為3h26min，最長(zhǎng)單次行駛距離為11.59km，離開(kāi)登月艙的最長(zhǎng)距離為4.5km，收集了約96kg月球樣品；阿波羅-17的月球車(chē)總共行駛了35.89km，總時(shí)間為4h26min，最長(zhǎng)單次行駛距離為20.12km，離開(kāi)登月艙的最長(zhǎng)距離為7.6km，收集了111kg月球樣品。其中在阿波羅-17任務(wù)中，由于月球車(chē)和航天服的可靠性增加，緩解了月球車(chē)行駛距離的局限，所以航天員駕駛月球車(chē)行駛的距離最長(zhǎng)。

尤金·塞爾南駕駛著阿波羅-17的月球車(chē)

蘇聯(lián)月球車(chē)-1的輪子特寫(xiě)

航天員使用月球車(chē)時(shí)會(huì)受到微粒非常細(xì)小的月球塵埃影響。月球塵埃會(huì)使軸承、齒輪和密封的其他機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磨損。另外,在月球車(chē)行駛時(shí)，從車(chē)輪下噴濺出來(lái)的塵埃數(shù)量巨大高度超過(guò)2m，對(duì)航天員執(zhí)行巡視任務(wù)產(chǎn)生了一定影響。

5 未來(lái)前景

月球巡視探測(cè)器可采用腿式、輪式和履帶式，其中輪式具有運(yùn)動(dòng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，效率最高，所以已發(fā)射的5個(gè)月球巡視探測(cè)器都為輪式，但輪式越野性能不太強(qiáng)，適應(yīng)能力最差；而腿式月球巡視探測(cè)器的適應(yīng)能力最強(qiáng)，但其效率最低。隨著月球車(chē)逐漸采用6輪搖臂-轉(zhuǎn)向架式懸掛系統(tǒng)底盤(pán)結(jié)構(gòu)，使輪式月球車(chē)的越野能力大大增強(qiáng)，能與腿式月球機(jī)器人相媲美。

此外，結(jié)合腿式和輪式漫游車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，一些國(guó)家也在研制輪腿式月球車(chē)。它融合了腿式的地形適應(yīng)能力和輪式高速高效的優(yōu)點(diǎn)，作業(yè)范圍大，同時(shí)具有優(yōu)越的越障避障能力，對(duì)復(fù)雜月球表面環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)與控制復(fù)雜。

未來(lái)的月球車(chē)將朝著在月面工作更長(zhǎng)的時(shí)間、行駛更長(zhǎng)的距離、適應(yīng)更復(fù)雜的環(huán)境等方面發(fā)展，并具有質(zhì)量和尺寸最小化、有效地利用和傳輸能源、機(jī)動(dòng)能力更強(qiáng)、航天員安全更高、應(yīng)用范圍更廣、成本更低等特點(diǎn)。為此，需采用模塊化設(shè)計(jì)和國(guó)際合作，以滿(mǎn)足多種需求。