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中国科学院院士、中国月球探测首席科学家欧阳自远曾经在2007年表示,中国已完全具备开展月球探测的能力,并计划在13年内实现不载人月球探测计划。2012年,中国月球探测“嫦娥工程”中最重要的角色月球车将在月球上的某个月海登陆。在2006年10月31日开幕的第六届中国国际航空航天博览会(珠海航展)上,中国月球车首次现身。在实验室里,这个重要角色的学名是“月球探测远程控制机器人”。
月球车的职责
作为登月探测的一个重要实施者,月球探测车是中国月球探测工程中的一个重要项目。月球车自主研究开发的意义在于:它是着陆探测和取回样品的关键工具,是长期实地考察的需要,为未来深空探测奠定技术基础,可大大节省探测成本。
“嫦娥工程”三期无人探月计划中,在第一期“绕月探测工程”实施的过程中并没有月球车的身影。它要到第二期“落月”时才会露面,并在随后的一段时间里和第三期“返回”中大展身手。2009年~2015年,中国将进入“嫦娥工程”第二期,届时将进行两到三次的软着陆巡视勘查,其中2012年向月面发射一个软着陆器的计划已经基本确定。
按照这一计划,软着陆器将携带载有摄像机和多种探测仪器的月球车。在月球表面巡视勘查,为建立月球基地收集基本数据资料。为中国探月工程做出贡献。目前中国进行此项任务的技术实力、物资条件和经济实力都已基本具备。
第三期工程大约在2010年~2017年展开,月球车将再次登陆月球。这一次它不仅要采集月壤和岩石的样本,还要搭乘返回舱重返地球。
月球车技术复杂
顾名思义,“车”不仅要能移动,还能承载一定的重量。在这一点上,地球车、月球车都一样。但是,月球车的应用范围和性能要求,又与地球车大不相同。它不但要具备在低重力情况下前进、后退、转弯、爬坡、取物、采样和翻转等基本功能,还必须具备识别、爬越、绕过障碍物、在月球上采集月壤并运载回指定地点等人工智能。
2007年3月,中科院自动化研究所专家表示:相对于美国有人驾驶的月球车技术,中国采取的是无人月球车技术路径。月球车须攻克温差、能源、防尘、辐射、重力等数道难关。月球没有大气层,温度变化由阳光直接决定,日间温度可达130%,夜间温度则-会降至-150度,这对月球车几乎所有零部件提出很高要求。为此,月球车专门配备有“热控”单元,如同一部强力空调,适时“打冷气、供暖气”。
月球自转一周是28天,一个夜晚相当于地球上的14天。要度过漫漫黑夜,月球车无法靠太阳能帆板来供电,除需在白天储电外,还要携带体积小、能量大的“核电池”。再次,月壤由大量细微颗粒组成,有些微粒还带有静电,这种“灰尘”可能进入甚至覆盖月球车所载仪器设备。另外,月球车完全暴露在多种宇宙射线下,所受重力也只有地球的1/6,这些设计条件在地球上都很难模拟。既是“勘探员”又是“摄影师”,月球车要身兼数职。
月球车系统由多个部分构成,将采用“六轮摇臂式”行走机构,各只轮子可同时适应不同高度,是一位“爬行高手”;在其桅杆上,将安装摄像头、感应器、天线等多种探测、导航、通讯设备;它还有一条机械臂,能在月壤、月岩中勘探取样,供现场检测。
考虑到地月之间相距38万千米,星际通讯约有3秒时滞。与火星车相比,月球车对星际通讯的要求不高,火星车时滞需要20分钟。但是,月球车要比火星车面临更糟糕的空间环境。月球车不仅接受地面遥控,也是具有一定自主能力的机器人系统。比如,它可与地面人员共同通过直播式的镜头,寻找行进路线,遇石躲开,遇坑避开,每一步都要慎重,比人的步行速度还慢。在10千米活动范围内,月球车将不定时地把全方位图像和勘测数据传回地球,供科学家们合成和分析。
月球车的设计可带动中国机器人、智能车辆、科学探测等相关技术和产业的发展;培养大批未来宇宙探测车研发和制造的后备人才。二期计划中运用的月球车,将采用全国招标的方式来选择,目前中国已经有10余所科研院所和高校参与了角逐。
哈尔滨工业大学副校长邓宗全前后共制作了4辆月球车原理样机,以适应不同的月面环境。其中一款“六轮摇臂转向架式”是仿制美国“阿波罗”飞船带上月球的“索杰娜”型月球车制成的,它的车身是以超静定的方式向各个车轮分配重量,车轮与月面接触点的位置可以自由调整。这款月球车在平稳性、抗颠覆能力和越障能力方面都有上佳表现。最初的4辆原理样机都是学习型的,让科研人员去理解和掌握国际的先进车型。接着他们会推出3款“更接近实用的样车”。这3款新车将更多地融入哈工大自主创新的技术。在他们旧的设计方案中,已经有一款是拥有自主知识产权的“两轮并列式”月球车,它的特点是结构简单、重量小。航天器上可以一次搭载多个这样的月球车,分别执行不同的任务。
上海交通大学则启动了一项“吴刚”计划,加速月球车的研究。“吴刚”计划在上海交通大学空天技术研究院的平台上,集中了交大3个实力最强的学院和7个相关研究所,其中有11位博士生导师和数十名各专业高级科研人员。成立于1985年的上海交大机器人研究所,是中国最早从事机器人技术研发的专业机构之一。自1997年起,该所开始对月球车-及其关键技术进行有针对性的探索研究,并取得了不少成果,先后制作了6辆各有特色的登月车。
由于月球车系统复杂,因此任何一个部门和单位都无法独立承担完成,而所要投入的时间也很漫长。专家指出,目前国家还没有正式启动月球车计划,各高校研发中的月球车没有一辆能称得上是真正的月球车,充其量就是个地球车。这些已经研制出的月球车在很多方面都有欠缺,月球车要符合一系列条件:制造月球车的材料要在-170~130℃之间都能正常工作;月亮一夜是地球14天,月球车要能在长时间黑暗中解决能源问题,而已经研制出的月球车大都没有解决这些难题。
关键技术取得突破
2007年3月,“月球车关键技术预先研究”项目通过中国科学院高技术局组织的专家组验收。该项目于2005年3月启动,中科院沈阳自动化所作为项目牵头单位,联合中科院国家天文台、中科院空间中心、中国科技大学和中科院电子所等单位,合作开展项目的研究工作,前后用了两年多时间。中科大承担了月球车的视觉、热控两个系统的研制:视觉系统相当于人的眼睛,十分重要,只有攻克此项难关,才能保证月球车在月球上有目的地工作;热控系统还处于理论探讨阶段。
中国未来的月球车将穿上“防护服”——种新近研发的超轻特种金属泡沫铝材料,以保证携带摄像机和多种探测仪器的月球车安全着陆,防止冲击可能造成的破坏。
2006年12月,中科院合肥物质科学院对外宣布,该院固体物理研究所在超轻型泡沫铝的制备研究方面取得重大突破。科技人员通过对渗流工艺的改进及后处理方法的探索,基本掌握了国际上最先进的石膏型渗流技术,能稳定地制备出密度小于0.2g/cm3以下(设计要求为≤0.3g/cm3)的开孔型泡沫铝,其结构均匀性达到美国DUOCEL泡沫铝的同等水平。他们在超塑性金属材料的研究方面也取得可喜进展,已经获得常温下延伸率达160%左右的合金,超出设计指标1倍多。该研究成果为尽早提供满足中国航天需求的功能材料,迈出了关键性的一步。目前,科技人员正继续攻克大尺寸泡沫铝材料的制备及结构一致性控制技术和提高超塑性金属材料的强度两大难题。在中国航天探月工程中,月球车软着陆器的支架上将采取两级缓冲保险。
月球车的职责
作为登月探测的一个重要实施者,月球探测车是中国月球探测工程中的一个重要项目。月球车自主研究开发的意义在于:它是着陆探测和取回样品的关键工具,是长期实地考察的需要,为未来深空探测奠定技术基础,可大大节省探测成本。
“嫦娥工程”三期无人探月计划中,在第一期“绕月探测工程”实施的过程中并没有月球车的身影。它要到第二期“落月”时才会露面,并在随后的一段时间里和第三期“返回”中大展身手。2009年~2015年,中国将进入“嫦娥工程”第二期,届时将进行两到三次的软着陆巡视勘查,其中2012年向月面发射一个软着陆器的计划已经基本确定。
按照这一计划,软着陆器将携带载有摄像机和多种探测仪器的月球车。在月球表面巡视勘查,为建立月球基地收集基本数据资料。为中国探月工程做出贡献。目前中国进行此项任务的技术实力、物资条件和经济实力都已基本具备。
第三期工程大约在2010年~2017年展开,月球车将再次登陆月球。这一次它不仅要采集月壤和岩石的样本,还要搭乘返回舱重返地球。
月球车技术复杂
顾名思义,“车”不仅要能移动,还能承载一定的重量。在这一点上,地球车、月球车都一样。但是,月球车的应用范围和性能要求,又与地球车大不相同。它不但要具备在低重力情况下前进、后退、转弯、爬坡、取物、采样和翻转等基本功能,还必须具备识别、爬越、绕过障碍物、在月球上采集月壤并运载回指定地点等人工智能。
2007年3月,中科院自动化研究所专家表示:相对于美国有人驾驶的月球车技术,中国采取的是无人月球车技术路径。月球车须攻克温差、能源、防尘、辐射、重力等数道难关。月球没有大气层,温度变化由阳光直接决定,日间温度可达130%,夜间温度则-会降至-150度,这对月球车几乎所有零部件提出很高要求。为此,月球车专门配备有“热控”单元,如同一部强力空调,适时“打冷气、供暖气”。
月球自转一周是28天,一个夜晚相当于地球上的14天。要度过漫漫黑夜,月球车无法靠太阳能帆板来供电,除需在白天储电外,还要携带体积小、能量大的“核电池”。再次,月壤由大量细微颗粒组成,有些微粒还带有静电,这种“灰尘”可能进入甚至覆盖月球车所载仪器设备。另外,月球车完全暴露在多种宇宙射线下,所受重力也只有地球的1/6,这些设计条件在地球上都很难模拟。既是“勘探员”又是“摄影师”,月球车要身兼数职。
月球车系统由多个部分构成,将采用“六轮摇臂式”行走机构,各只轮子可同时适应不同高度,是一位“爬行高手”;在其桅杆上,将安装摄像头、感应器、天线等多种探测、导航、通讯设备;它还有一条机械臂,能在月壤、月岩中勘探取样,供现场检测。
考虑到地月之间相距38万千米,星际通讯约有3秒时滞。与火星车相比,月球车对星际通讯的要求不高,火星车时滞需要20分钟。但是,月球车要比火星车面临更糟糕的空间环境。月球车不仅接受地面遥控,也是具有一定自主能力的机器人系统。比如,它可与地面人员共同通过直播式的镜头,寻找行进路线,遇石躲开,遇坑避开,每一步都要慎重,比人的步行速度还慢。在10千米活动范围内,月球车将不定时地把全方位图像和勘测数据传回地球,供科学家们合成和分析。
月球车的设计可带动中国机器人、智能车辆、科学探测等相关技术和产业的发展;培养大批未来宇宙探测车研发和制造的后备人才。二期计划中运用的月球车,将采用全国招标的方式来选择,目前中国已经有10余所科研院所和高校参与了角逐。
哈尔滨工业大学副校长邓宗全前后共制作了4辆月球车原理样机,以适应不同的月面环境。其中一款“六轮摇臂转向架式”是仿制美国“阿波罗”飞船带上月球的“索杰娜”型月球车制成的,它的车身是以超静定的方式向各个车轮分配重量,车轮与月面接触点的位置可以自由调整。这款月球车在平稳性、抗颠覆能力和越障能力方面都有上佳表现。最初的4辆原理样机都是学习型的,让科研人员去理解和掌握国际的先进车型。接着他们会推出3款“更接近实用的样车”。这3款新车将更多地融入哈工大自主创新的技术。在他们旧的设计方案中,已经有一款是拥有自主知识产权的“两轮并列式”月球车,它的特点是结构简单、重量小。航天器上可以一次搭载多个这样的月球车,分别执行不同的任务。
上海交通大学则启动了一项“吴刚”计划,加速月球车的研究。“吴刚”计划在上海交通大学空天技术研究院的平台上,集中了交大3个实力最强的学院和7个相关研究所,其中有11位博士生导师和数十名各专业高级科研人员。成立于1985年的上海交大机器人研究所,是中国最早从事机器人技术研发的专业机构之一。自1997年起,该所开始对月球车-及其关键技术进行有针对性的探索研究,并取得了不少成果,先后制作了6辆各有特色的登月车。
由于月球车系统复杂,因此任何一个部门和单位都无法独立承担完成,而所要投入的时间也很漫长。专家指出,目前国家还没有正式启动月球车计划,各高校研发中的月球车没有一辆能称得上是真正的月球车,充其量就是个地球车。这些已经研制出的月球车在很多方面都有欠缺,月球车要符合一系列条件:制造月球车的材料要在-170~130℃之间都能正常工作;月亮一夜是地球14天,月球车要能在长时间黑暗中解决能源问题,而已经研制出的月球车大都没有解决这些难题。
关键技术取得突破
2007年3月,“月球车关键技术预先研究”项目通过中国科学院高技术局组织的专家组验收。该项目于2005年3月启动,中科院沈阳自动化所作为项目牵头单位,联合中科院国家天文台、中科院空间中心、中国科技大学和中科院电子所等单位,合作开展项目的研究工作,前后用了两年多时间。中科大承担了月球车的视觉、热控两个系统的研制:视觉系统相当于人的眼睛,十分重要,只有攻克此项难关,才能保证月球车在月球上有目的地工作;热控系统还处于理论探讨阶段。
中国未来的月球车将穿上“防护服”——种新近研发的超轻特种金属泡沫铝材料,以保证携带摄像机和多种探测仪器的月球车安全着陆,防止冲击可能造成的破坏。
2006年12月,中科院合肥物质科学院对外宣布,该院固体物理研究所在超轻型泡沫铝的制备研究方面取得重大突破。科技人员通过对渗流工艺的改进及后处理方法的探索,基本掌握了国际上最先进的石膏型渗流技术,能稳定地制备出密度小于0.2g/cm3以下(设计要求为≤0.3g/cm3)的开孔型泡沫铝,其结构均匀性达到美国DUOCEL泡沫铝的同等水平。他们在超塑性金属材料的研究方面也取得可喜进展,已经获得常温下延伸率达160%左右的合金,超出设计指标1倍多。该研究成果为尽早提供满足中国航天需求的功能材料,迈出了关键性的一步。目前,科技人员正继续攻克大尺寸泡沫铝材料的制备及结构一致性控制技术和提高超塑性金属材料的强度两大难题。在中国航天探月工程中,月球车软着陆器的支架上将采取两级缓冲保险。