中國月球車
科技視野
作者：劉宇
2013年12月2日淩晨，中國在西昌衛星發射中心成功將肩負首次登月任務的探測器“嫦娥”三號送入軌道，由著陸器和“玉兔”號月球車組成的“嫦娥”三號於12月中旬在月球“虹灣”區軟著陸。這是中國第一次將自己設計的月球車送上月球。“玉兔”號月球車究竟什麼樣？它與國外的月球車有哪些不同？它將完成哪些科學任務？
“玉兔”——世界上第6台被送上月球的“月球車”
月球車，學名“月麵巡視探測器”，是一種能夠在月球表麵行駛並完成月球探測、考察、收集和分析樣品等複雜任務的專用車輛。月球車可分為無人駕駛月球車和有人駕駛月球車。至今為止，國外發射並成功運行的月球車有5輛，其中兩輛是無人駕駛月球車，是蘇聯在20世紀70年代發射的“月球車”1號和2號；3輛是有人駕駛的月球車，是美國“阿波羅”15號、16號、17號的月球車。有人駕駛的月球車主要作為一個交通工具，擴大航天員在月球上的活動範圍，上麵基本沒有什麼儀器，由航天員駕駛行駛起來也相對容易一些。無人駕駛月球車難度更大，因為上麵有很多儀器，要保證月球車在無人的狀態下行駛，儀器能正常工作。1970年11月17日，世界上第一台無人駕駛月球車“月球車”1號在月麵“雨海”地區著陸。限於當時的技術條件，車上所搭載的有效載荷偏少，在月麵移動以遠程遙控操作為主，不能自主避障行走。40多年過去了，由於材料、能源和人工智能等技術的發展，無人月球車在輕量化結構設計、熱控、導航控製等方麵取得了很大的進步。中國的“玉兔”號月球車是無人駕駛月球車，質量約140千克，與蘇聯的月球車相比是“小個子”。“玉兔”號月球車是我國最高智能機器人，它能完全自主導航，在月球上可以根據照相機拍到的四周情況，自己決定該走哪條路、怎麼走；可以自主避障，如果前麵有大石頭擋住了，它過不去了，知道怎麼避開這個障礙；還可以自動上坡下坡。另外，“玉兔”號月球車可以指揮身上的儀器探測月球。
為什麼製造月球車需要高難技術？
月球上的環境與地球是完全不同的，地球上使用的普通車輛到了月球就“英雄無用武之地”了。製造月球車是一項高端科技，必須要解決以下難題。
第一難題：重力問題。
月球重力是地球的1/6，這意味著，質量為50千克的東西，在地球上所受重力約500牛，到了月球表麵則變成約80牛。月球上的重力很小，車輛顯得很輕，因此很容易翻。重力減小的同時，車輛和月麵的摩擦力也減小了，對車輛的控製會變得很困難，加上月麵的地形複雜，浮塵又很厚。這些因素都使得車輛在月球上運動時變得十分不穩定。
第二難題：路況。
月球表麵崎嶇不平，有石塊、有隕石坑，還有坡。在這種情況下，設計的輪子便需要克服重重障礙，既不能打滑，也不能翻車，必須做到前進、後退、轉彎、爬坡，樣樣在行。
第三難題：溫度。
月球表麵白晝時溫度高達120多攝氏度，黑夜時低至零下180攝氏度，溫差超過300攝氏度。月麵上如此急劇變化的溫度環境會使橡膠迅速老化，因此月球車輪胎要使用特殊材料，克服溫差。
第四難題：智能。
月球車是個智能機器人，需要具備獨立處理各種環境的能力。由於距離太遠，無法通過遙控的方法處理反饋信息。月球車需要配置若幹個傳感器，這些傳感器在得知周圍環境、自身姿態、位置等信息後，通過地麵或車內裝置，形成三維地形圖，勾畫出到達目標點的路徑，並導航控製月球車走到目的地。
第五難題：電力供應。
月球的自轉引起月麵的晝夜變化。月球上一天的時間，大約相當於地球上的28天。因此，月球晝夜間隔大約相當於地球上的14天。也就是說，登上月球以後的月球車，依靠太陽能電池最多可以連續工作14天，進入月夜以後，它由於無法通過光能發電，進入休眠狀態。14天後，又能自動醒來。
“玉兔”號著陸地點為何選在“虹灣”區？
這次“嫦娥”三號的月球著陸區“虹灣”，並不是真的海灣，而是像彩虹一樣的巨型隕石坑壁。月球上有很多地方以“海”和“洋”命名。古人望月，以為看到的是海，其實不是。“虹灣”區位於月球北緯43度左右、西經31度左右，南北長約100千米、東西長約300千米。
專家認為，之所以選擇在“虹灣”區落月，是出於多種綜合因素的考慮：一是這裏比較平坦，落月比較安全；二是美蘇的探測主要集中在月球赤道附近，“虹灣”仍是月球研究的空白，探測該區域非常有科學價值；三是能實現正麵直接測控通訊；四是太陽光照較好，能保證探測器的太陽能電池板正常工作。