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玉兔号月球车:耐极温可避障能爬坡


  中新社北京12月1日电 执行“落月”任务的嫦娥三号月球探测器现已进入发射倒计时,探测器搭载的中国首辆月球车“玉兔号”也将在落月后初显身手。

  为实现月面软着陆,中国研发出新型航天平台——着陆探测器,采用梁板复合式结构设计和可大范围伸缩的四腿式着陆缓冲机构,并设计自主式、高精度的分段减速悬停式无人着陆控制方案。着陆探测器搭载的“月面巡视探测器”俗称月球车,是在月球表面行驶并对月球进行考察、收集和分析样品的专用车辆。

  通过全球征名确定为“玉兔号”的嫦娥三号月球车有6个轮子,其设计重140公斤,由移动、结构与机构、导航控制、综合电子、电源、热控、测控数传、有效载荷等8个分系统组成,它以太阳能为能源,能够耐受月表真空、强辐射、+150℃~-180℃极限温度等极端环境。

  嫦娥三号月球车有8个分系统:移动分系统采用轮式、摇臂悬架方案,具备前进、后退、原地转向、行进间转向、20度爬坡、20厘米越障的能力;导航控制分系统携带有相机及大量传感器,在得知周围环境、自身姿态、位置等信息后,可通过地面或车内装置,确定速度、规划路径、紧急避障、控制运动与监测安全,保证到达目的地。

  电源分系统利用太阳能为车上仪器和设备提供电源,不仅可保证月球车白天连续工作相当于地球的14天,而且由于月夜无法通过光能发电,在月球车进入休眠状态后,14天后还必须能够自动唤醒重新工作;热控分系统可使月球车工作时的舱内温度控制在+55℃~-20℃之间;有效载荷分系统主要是月球车配备的科学探测仪器,包括全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达等。

  结构与机构分系统主要为各种仪器、设备、有效载荷提供工作平台;综合电子分系统采用实时操作系统,实现遥测遥控、数据管理、导航控制等功能;测控数传分系统保证月球车与地球的通信以及与着陆探测器之间的通信。

  据介绍,当嫦娥三号完成发射,飞行到达月球时,着陆探测器采取不同制导方式,从距月面15公里处开始动力下降,经主动减速、调整接近、悬停避障等飞行阶段,实现路径优、燃料省、误差小的安全着陆。

  着陆探测器实现在月球表面软着陆后,首先由着陆器为月球车充电,之后月球车与地面建立通信链路,控制连接解锁机构解锁,驶上转移机构,着陆器再控制转移机构运动到月面,月球车驶离转移机构,开始在月面巡视勘察。

  根据科学探测需要,嫦娥三号任务“玉兔号”月球车可对巡视区月表进行三维光学成像、对月表进行红外光谱分析、开展月壤厚度和结构探测、对月表物质主要元素进行现场分析等。它传回地球的数据,将帮助人们更加直接、更加准确地了解38万公里外神秘、美丽的月亮。

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  两翼六轮 140公斤

  “月球车并不是一辆车,而是一台长着轮子、能适应恶劣环境并开展科学探测的航天器,一个小型化、低功耗、高集成的机器人,一位带着亚洲儿女梦想的高空巡视者。”中国航天科技集团公司宇航部部长赵小津说。

  “嫦娥三号”月球巡视探测器设计质量140公斤,由移动、结构与机构、导航控制、综合电子、电源、热控、测控数传和有效载荷等分系统组成。

  从模型上看,它脚踩六个“风火轮”似的移动装置,大脑袋上有一个定向天线和几个太阳敏感器,两侧为太阳翼,尾巴上很多天线。右后侧是导航相机和全景相机。腹部“武器”最多:包括红外成像光谱仪、避障相机、机械臂、激光点阵器等。

  悬停避障 安全着陆

  “到达月球轨道后,月球车将由着陆器背负,由变推力液体火箭发射器控制,通过各种光学、微波等敏感器测量,在月球表面百米高度上进行悬停和平移,以规避岩石和深坑等障碍,选择最佳着陆点缓慢降落月球表面。”赵小津说。
  在这个过程中,月球车将采取路径优、燃料省、误差小的模式,经过主动减速、调整接近、悬停避障等阶段实现安全着陆。

  能耐极温 爬坡越障

  月球表面白昼与黑夜温差超过300度,为了在极端环境下顺利完成任务,月球车热控分系统利用导热流体回路、隔热组件、散热面设计、电加热器、同位素热源,可耐受摄氏零下180度至零上150度的极限温度。工作时的舱内温度可以控制在摄氏零下20度至零上50度之间。

  月球车凭借六个轮子可实现前进、后退、原地转向、行进间转向、20度爬坡以及20厘米越障。

  “月面松软,崎岖不平,障碍物很多。月球车能够对月面环境和障碍进行感知和识别,然后对巡视路径进行规划。月球车在月面巡视时采取自主导航和地面遥控的组合模式。”探月工程副总指挥、探月与航天工程中心主任李本正说。

  自动休眠 自动唤醒

  月球上的一天相当于地球上的27天多,月球昼夜间隔相当于地球上14天。

  李本正说,月球车具备月球表面环境的生存能力,该休息的时候自动进入休眠状态,并能自动唤醒重新工作。

  在月球表面巡视的3个月中,月球车将依靠各种先进设备对月表进行三维光学成像、红外光谱分析,开展月壤厚度和结构的科学探测,对月表物质主要元素进行现场分析。它传回来的数据,将帮助人们更直接、更准确地了解神秘的月亮。



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