月亮之上的馬拉松

□ 國家天文臺(tái) 付曉輝 朱永超

月亮之上的馬拉松

□ 國家天文臺(tái) 付曉輝 朱永超

北京時(shí)間2013年12月15日4時(shí)35分，嫦娥三號(hào)著陸器和巡視器成功實(shí)現(xiàn)分離。玉兔號(hào)月球車從著陸器轉(zhuǎn)移機(jī)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(wù)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(hào)和二號(hào)任務(wù)即為環(huán)繞月球探測的衛(wèi)星，而嫦娥三號(hào)則將開展實(shí)現(xiàn)月表著陸和巡視探測。巡視器可攜儀器代替人類承擔(dān)科學(xué)考察、設(shè)備安裝等任務(wù)，能對(duì)天體表面物質(zhì)近距離分析。但相比環(huán)繞探測，其技術(shù)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(shí)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(dá)目的地。這7輛月球車包括，前蘇聯(lián)月球17號(hào)（Luna17）和月球21號(hào)（Luna21）任務(wù)中的月球車，美國阿波羅（Apollo）15號(hào)、16號(hào)、17號(hào)任務(wù)中的月面車（Lunar Roving Vehicle），我國剛剛發(fā)射的嫦娥三號(hào)，以及搭載的玉兔號(hào)；4輛火星車包括火星旅居者號(hào)（Sojourner）、勇氣號(hào)（Spirit）、機(jī)遇號(hào)（Opportunity）和好奇號(hào)火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（Curiosity）。這些月球車、火星車為了完成科學(xué)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(hào)和2號(hào)。它們分別是通過月球17號(hào)和月球21號(hào)任務(wù)攜帶到月球的，其原定主要任務(wù)是通過遠(yuǎn)程控制的無人巡視器，對(duì)前蘇聯(lián)載人登月的預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行勘查和探測。月球車1號(hào)在1970年11月17日著陸于月球雨海地區(qū)，它是人類首個(gè)送達(dá)地外天體的巡視器。在11個(gè)月的時(shí)間里，它行進(jìn)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(hào)著陸在月球勒莫尼耶撞擊坑（Le Monnier Crater）附近，共運(yùn)行4個(gè)多月，發(fā)回86張?jiān)旅嫒罢掌?萬多張?jiān)虑?1號(hào)著陸區(qū)的電視圖像。月球車2號(hào)是月球探測歷史上的一段傳奇，因?yàn)樗唤?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(xué)家亞歷山大·巴西列夫斯基（Alexander Basilevsky）曾參與蘇聯(lián)月球車1號(hào)和月球車2號(hào)的運(yùn)控工作。作為地質(zhì)學(xué)家，巴西列夫斯基一直向該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人請(qǐng)求將月球車停下來，花些時(shí)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(fù)責(zé)人并不理會(huì)他的提議，而是讓月球車2號(hào)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(hào)一共行駛了37千米。

與月球車1號(hào)和2號(hào)不同，阿波羅任務(wù)中的月面車是有人駕駛的，設(shè)計(jì)目的是為了輔助宇航員在月表的勘察和采樣活動(dòng)，存放和運(yùn)輸所采集的巖石月壤標(biāo)本。借助月面車，宇航員可以有效擴(kuò)大活動(dòng)范圍，并減少體力消耗。月面車自身重量為220千克，設(shè)計(jì)月面承重490千克。它由蓄電池供電，每個(gè)輪子各由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(hào)任務(wù)中均有使用。其設(shè)計(jì)最高時(shí)速13千米/小時(shí)，但據(jù)阿波羅17號(hào)宇航員尤金·塞爾南回憶，他駕駛的最快速度達(dá)到了18千米/小時(shí)。如果是真的，他可是已經(jīng)創(chuàng)下了月球上的最高時(shí)速駕駛記錄。在阿波羅任務(wù)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(dú)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?wù)中的旅居者號(hào)是人類送往火星的第一部火星車。它個(gè)頭很小——僅微波爐那么大，攜帶的儀器也很簡單，設(shè)計(jì)壽命僅為7個(gè)火星日，但這個(gè)不屈的小人物成功堅(jiān)持了83個(gè)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(hào)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(gè)火星車，它們是孿生兄弟勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)。它們比旅居者號(hào)體積更大、更靈活、裝備更豐富。其原設(shè)計(jì)壽命為90個(gè)火星日，但實(shí)際上考察時(shí)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(yán)重影響了火星車能量的獲取。勇氣號(hào)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(tái)。2011年3月22日，勇氣號(hào)與地球最后一次聯(lián)絡(luò)。然而，機(jī)遇號(hào)截至目前仍堅(jiān)守使命，依然奔跑在奮進(jìn)撞擊坑（Endeavour Crater）的附近。有趣的是，機(jī)遇號(hào)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(dá)38.70千米），已超越阿波羅17號(hào)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(hào)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(xué)大地測量學(xué)和地圖學(xué)專業(yè)的研究人員們（The MIIGAiKteam），利用LRO傳回的月球車2號(hào)的車印圖，重新計(jì)算了它的行駛軌跡，發(fā)現(xiàn)它跑的要比37千米還遠(yuǎn)，確定累積里程的精確結(jié)果為42.1~42.2千米。這樣的話，機(jī)遇號(hào)要奪得冠軍頭銜還需要一段時(shí)間。

NASA于2011年11月26日發(fā)射的好奇號(hào)火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室是最受關(guān)注的火星探測任務(wù)。好奇號(hào)裝備精良，共搭載了桅桿相機(jī)、化學(xué)與礦物學(xué)分析儀等10臺(tái)先進(jìn)的分析設(shè)備。與前面兩代火星車等不同，好奇號(hào)的電力由放射性同位素產(chǎn)生。這就避免了勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)因沙塵覆蓋太陽能電池板而導(dǎo)致能量不足的問題。另外，好奇號(hào)還配備兩塊可充電鋰電池，可在每個(gè)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(jì)錄有很大的差距，但由于它“天賦異稟”，有理由相信它會(huì)在未來創(chuàng)下新的太空馬拉松紀(jì)錄。

美國LRO高分辨率相機(jī)拍攝的前蘇聯(lián)月球車2號(hào)行駛軌跡。月球車2號(hào)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(gè)相互獨(dú)立的電動(dòng)車輪驅(qū)動(dòng)，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(hào)也加入了這場太空馬拉松的比賽。玉兔號(hào)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(shí)200米，設(shè)計(jì)壽命3個(gè)月。為了保證順利度過漫漫月夜，玉兔號(hào)也裝備了提供熱量的核電池。玉兔號(hào)著陸區(qū)點(diǎn)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(yù)祝玉兔號(hào)在月亮之上跑出不錯(cuò)的成績！