在外太空默默駐守的星球車還好嗎？

●魯暘筱懿 文 索隆 編

二十世紀(jì)后半葉，美國和蘇聯(lián)兩個(gè)超級(jí)科技大國在太空發(fā)起了一場競賽。昂貴的參賽費(fèi)用雖使兩個(gè)超級(jí)大國不堪重負(fù)，但從促進(jìn)科技發(fā)展的角度看，這場激烈的競賽使人類現(xiàn)代科技到達(dá)了前所未有的水平，其中很多創(chuàng)造性成果為此后深空探測和地外天體開發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這些留在地外的星球車中，有屬于美國的5輛火星車和3輛月球車，屬于蘇聯(lián)的則是兩輛月球車。

第一輛開出地球的車

1970年11月17日，蘇聯(lián)“月球17號(hào)”探月著陸器登陸月球，在月面雨海地區(qū)著陸。隨月球17號(hào)踏上月球表面的還有一同前來的“月球車1號(hào)”，“月球車1號(hào)”成為世界上第一輛成功發(fā)射到地球以外天體上的人造車輛，人類第一次在地球上對(duì)另一個(gè)星球上的車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在隨后的300多天時(shí)間里，這個(gè)以蘇聯(lián)T-34坦克為原型設(shè)計(jì)的澡盆形狀的月球車在廣袤的月球雨海地區(qū)縱情馳騁。“月球車1號(hào)”總共行駛了10,540米，實(shí)地探測近8萬平方米范圍的月球表面環(huán)境，拍攝了2萬余張照片，在途經(jīng)的500個(gè)計(jì)劃科考點(diǎn)上對(duì)月壤進(jìn)行了物理力學(xué)特性分析，并對(duì)其中25個(gè)點(diǎn)的月壤進(jìn)行了取樣分析和月面輻射環(huán)境分析。橢圓形太陽能板和核溫差電池使“月球車1號(hào)”的實(shí)際工作時(shí)間遠(yuǎn)超過計(jì)劃的90天。

三年后，蘇聯(lián)人又將尺寸稍小的“月球車2號(hào)”送上了月球表面靜海區(qū)域，這一次“月球車2號(hào)”日夜兼程的奔跑使它至今仍保持著人造車輛在地外行駛距離的最長紀(jì)錄——47千米！而使它停住腳步的原因是奔跑過程中遇到的大坑，輪子打滑揚(yáng)起的月塵蓋住了太陽能電池板和散熱器的核心部件，造成動(dòng)力缺失和機(jī)體過熱。

中國人的星球車

月球背面有一座環(huán)形山叫做“萬戶”，它是以中國明代飛天名人——萬戶的名字命名的。

2013年12月14日，在“萬戶飛天”傳說廣為流傳的600余年后，中國人獨(dú)立完成了月球車的研制并將其送上了月球虹灣地區(qū)。中國的第一輛地外星球車——月球無人巡視器“玉兔一號(hào)”成功踏上了月球表面?！坝裢靡惶?hào)”和5年后抵達(dá)月球背面的“玉兔二號(hào)”體型相當(dāng)，都攜帶有大量月面探測儀器執(zhí)行科考任務(wù)。和其他在月面工作的月球車一樣，都要經(jīng)歷月晝月夜交替的殘酷考驗(yàn)。由于月球自轉(zhuǎn)周期約為27天，所以月球上的一個(gè)白天或一個(gè)夜晚相當(dāng)于地球上的兩個(gè)星期。

夜里零下180℃，白天零上150℃的劇烈溫差使得玉兔們備受煎熬。寒夜依靠核溫差電池釋放的熱量保持體溫，白天憑借耐熱元器件承受太陽的炙烤?！坝裢靡惶?hào)”雖因月塵靜電吸附等原因而被困住動(dòng)彈不得，但仍堅(jiān)持在原地完成了大部分考察任務(wù)。

“天問一號(hào)”探測器從2020年7月發(fā)射以來，經(jīng)過大半年的飛行，其著陸器部分?jǐn)y帶著祝融號(hào)火星車于2021年5月降落在火星表面。祝融號(hào)火星車高度1.85米，重240公斤，設(shè)計(jì)壽命3個(gè)火星月，其任務(wù)是研究火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質(zhì)組成、火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征、火星物理場與內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。

祝融火星車搭載了很多先進(jìn)儀器，比如表面成分探測儀、多光譜相機(jī)、導(dǎo)航地形相機(jī)等6臺(tái)科學(xué)載荷。相較于國外的火星車，中國祝融號(hào)移動(dòng)能力更強(qiáng)大，設(shè)計(jì)也更復(fù)雜，祝融號(hào)采用主動(dòng)懸架，6個(gè)車輪都可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、獨(dú)立轉(zhuǎn)向，除前進(jìn)、后退、四輪轉(zhuǎn)向行駛等功能外，還具備螃蟹行走的運(yùn)動(dòng)能力，用于靈活避障以及大角度爬坡。

祝融號(hào)還隱藏了很多強(qiáng)大技能，包括車體升降，可以自由選擇車輛高低，抬輪排故等能力。在中國傳統(tǒng)文化中，“祝融”象征我們祖先用火照耀大地，帶來光明。作為中國第一輛火星探測車，拉近了火星與中國的距離，讓中國航天人能夠更加清晰地了解火星。

有人駕駛的月球車

目前為止，成功在地球以外天體表面運(yùn)動(dòng)的13輛人造車中有三輛車顯得與眾不同。這三輛車是美國上世紀(jì)70年代執(zhí)行阿波羅15、阿波羅16和阿波羅17三次載人登月任務(wù)所使用的月球車。

美國的阿波羅登月計(jì)劃成功將18名宇航員送往月球，由于每次需要有一人留在環(huán)繞月球的指令艙上，所以其中只有12名宇航員有幸登上過月球。與邁出“人類一大步”的登月第一人——阿姆斯特朗不同，美國宇航局為執(zhí)行阿波羅15、阿波羅16、阿波羅17三次任務(wù)的六位宇航員都配了車——三輛由宇航員親自駕駛的類似高爾夫球車一樣的四輪“新能源車”。宇航員的太空服承擔(dān)著這輛車對(duì)人體所有的保護(hù)作用：防輻射、供氧、提供生命維持系統(tǒng)等等。由于采用和現(xiàn)今“新能源汽車”相似的結(jié)構(gòu)和電池供能方式、橡膠充氣輪胎，這些有人駕駛的月球車可以不懼月塵及小塊巖石的影響，真正實(shí)現(xiàn)了月面飛馳。17千米/小時(shí)的月球車時(shí)速成為迄今為止月面車輛行駛的最高紀(jì)錄。

火星車家族里的雙胞胎

在登月競賽后，美國和蘇聯(lián)同時(shí)把賽場移向了太陽系其它天體。在行星探測界有個(gè)很奇怪的魔咒：目前為止蘇聯(lián)人只能把著陸探測器送上金星這顆“女人星”，美國人只能送其上火星這顆“男人星”（希臘神話中金星的化身是維納斯女神，火星的化身是戰(zhàn)神馬爾斯）。

從1960年開始，蘇聯(lián)人就嘗試把火星探測器送上火星表面，可每次都功虧一簣，至今還沒有成功過。美國的情況則截然相反，金星去不成，火星探測卻搞得風(fēng)生水起。從1997年將第一臺(tái)火星車“旅居者”號(hào)送上火星，至今已將五臺(tái)火星車成功的派到火星表面執(zhí)行任務(wù)。面對(duì)每26個(gè)月的火星發(fā)射窗口及進(jìn)入火星大氣層后諸多不確定因素的考驗(yàn)，為了保險(xiǎn)，美國人經(jīng)常連續(xù)發(fā)射兩個(gè)火星探測器。為了節(jié)省研發(fā)成本，接連發(fā)射的探測器上搭載的火星車往往是同一個(gè)平臺(tái)研發(fā)，外形酷似。這也造成了機(jī)遇號(hào)與勇氣號(hào)、好奇號(hào)與毅力號(hào)像極了兩對(duì)雙胞胎。毅力號(hào)是美國航天局于2020年發(fā)射的迄今最為復(fù)雜的火星車。與2011年發(fā)射的好奇號(hào)相比，毅力號(hào)擁有更加多樣的科學(xué)載荷。毅力號(hào)腹部還攜帶了一架無人機(jī)“靈巧號(hào)”。靈巧號(hào)采用太陽能動(dòng)力源，能最遠(yuǎn)飛50米、最高5米，是人類第一架地外直升機(jī)。

表一

地球車與星球車有哪些不同

人類似乎從來不缺乏想象力，從中國古代的木牛流馬到法國人古斯塔夫·特魯夫制造的第一輛電動(dòng)汽車，想象力促進(jìn)了科技進(jìn)步也改變了人類的出行方式?，F(xiàn)今的車已不再只用蒸汽驅(qū)動(dòng)，高效利用能源的電動(dòng)新能源車已將夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，再過二十年，也許現(xiàn)在滿大街跑的“汽油車”將變?yōu)椴┪镳^里的珍貴藏品。任何車輛的設(shè)計(jì)都與用車環(huán)境有著緊密的聯(lián)系。地球車之所以是現(xiàn)如今我們看到的樣子，是因?yàn)榈厍颦h(huán)境、道路狀況、人類駕駛習(xí)慣等因素影響的結(jié)果。不妨以表格形式比較一下地球、月球、火星的環(huán)境（表一）：火星、月球這樣的天體表面與地球陸地十分不同。地球已幫助人類將大部分惡劣的環(huán)境條件過濾掉，取而代之的是舒適和常態(tài)化的行駛條件。反言之，如果你想駕車在地外天體上暢游，你的車應(yīng)該有供氧裝置、防輻射系統(tǒng)、模擬地球重力和氣壓裝置、核能或高效太陽能電源、保溫和照明裝置、質(zhì)量過硬的輪胎等。地球上為適應(yīng)環(huán)境而對(duì)車輛進(jìn)行改造的例子也很多，比如開向青藏高原的列車就進(jìn)行了加壓供氧的車廂改造，使乘客幾乎感覺不到隨著海拔升高而引起的氣壓降低缺氧等問題。

造未來的星球車——馬斯克與他的火星車

有一個(gè)地球人——他生在南非、長在美國、說要死在火星上，他經(jīng)營的公司地球人都知道：PayPal、特斯拉、Space X......這些已將其影響力逐步滲透到大眾平常生活里的商業(yè)公司不僅使埃隆·馬斯克成為地球上極具感召力的商業(yè)巨頭，還使他通過各公司業(yè)務(wù)間的巧妙關(guān)聯(lián)逐步完成自己的夢想——移民火星。縱觀馬斯克的商業(yè)帝國，其眾多商業(yè)公司分為以盈利為目的和以技術(shù)實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)兩類。巨量營收使馬斯克有充裕資金投入到“燒錢”的技術(shù)研發(fā)上。Space X、特斯拉這些科技公司的成功使馬斯克一步步實(shí)現(xiàn)在火星建立“馬斯克城”的夢想。

通過Space X的一系列便宜好用的產(chǎn)品，馬斯克實(shí)現(xiàn)了用低廉的價(jià)格將人和貨物送出或運(yùn)回地球的愿望。馬斯克在意識(shí)到在地外天體只有向地下發(fā)展才是人類對(duì)抗宇宙輻射最經(jīng)濟(jì)的途徑后，利用Boring Company開發(fā)的隧道技術(shù)實(shí)踐“多快好省打洞”的方法。特斯拉電動(dòng)汽車為馬斯克吸引世人眼球的同時(shí)，還為馬斯克掙取大量資金，實(shí)現(xiàn)了馬斯克要求的“制造能力”。

火星車Cybertruck是一體成型制造的車輛。不過，Cybertruck要想真正在火星地表飛馳，尚需時(shí)日。試想，要將一輛長近6米，重量接近3噸的大皮卡送上火星，目前還不是一件容易的事情。在那之前，用來運(yùn)輸這輛設(shè)計(jì)頗具未來感的電動(dòng)車的重裝火箭和一系列意在維持駕駛員生命安全的系統(tǒng)，需要先被研發(fā)成功。依靠馬斯克一直以來出色的執(zhí)行力，未來可期。

伴隨著地球上的車輛進(jìn)化，未來行駛在月球、火星甚至是氣態(tài)行星、衛(wèi)星上的“人造”車輛將具備更智能的操控系統(tǒng)，這些車輛也不再僅承擔(dān)科考那么單一的任務(wù)，拉貨、載客觀光亦可行之。