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玉兔号月球车探测器:灵活高效进行月面巡视

2018-12-07 14:51:02 来源: 网易军事
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(原标题:灵活高效的玉兔号月球车探测器)

2013年12月14日,嫦娥三号在月面软着陆后,其着陆器与玉兔号月球车成功实现了分离,接着进行互相拍照,以及各自的探测工作,其中玉兔号用于在月面进行巡视探测。

灵活高效的玉兔号月球车探测器

玉兔号月球车从嫦娥四号着陆器下来示意图

玉兔号月球车的质量为140千克,长1.5米,宽1米,高1.1米,寿命3个月(月球上的3天),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共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。

其移动分系统采用6轮主副摇臂悬架的移动构形,可6轮独立驱动,4轮独立转向,在月面巡视时采取自主导航和地面遥控的组合模式,具有自主测距、测速、前进、后退、转弯、避障、越障、爬坡、横向侧摆,原地转向、行进间转向、感知环境、规划路径、月面长时间生存的本领。

灵活高效的玉兔号月球车探测器

采用主副摇臂悬架的移动分系统

这个我国最高智能“机器人”采用6个空心弹性筛网轮子,目的是减轻重量,防止粘带月尘和扬尘。筛网轮上的棘爪可以提高轮子的抓地能力,避免车轮在松软月壤环境下出现打滑和下陷的状况。其活动范围为5千米2,具有?20°爬坡、20厘米越障能力,移动速度要达到200米/小时。之所以行驶的慢,是由它的任务决定的。它首先要“看路”,月球上没人帮忙把路修好;其次要跟地面传输信息;还要按照工程目标和科学目标展开工作。它的高性能体现在越障能力和通过性,而不是追求高速度,而且它始终不会离开着陆器的“视野”。

结构与机构分系统由结构和太阳电池翼机械部分、桅杆、机械臂构成,主要为各种仪器、设备、有效载荷提供工作平台。

导航控制分系统携带有相机及大量传感器,具备独立处理各种环境的能力,在得知周围环境、自身姿态、位置等信息后,可以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。

综合电子分系统将中心计算机、驱动模块、处理模块等集中一体化,采用实时操作系统,实现遥测遥控、数据管理、导航控制、移动与机构的驱动控制等功能。

电源分系统由两个太阳电池翼、一组锂离子电池组、休眠唤醒模块、电源控制器组成,利用太阳能为月球车上仪器和设备提供电源,可保证玉兔号白天连续工作相当于地球的14天。

热控分系统由导热流体回路、隔热组件、散热面设计、电加热器、同位素热源等组成,可使月球车的舱内温度始终控制在+55℃~—20℃之间。

测控数传分系统用于保证月球车与地球的通信以及与着陆探测器之间通信。

玉兔号月球车携带了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪4台科学探测仪器进行巡视探测。

灵活高效的玉兔号月球车探测器

在月面进行巡视探测的玉兔号月球车

玉兔号装有2台全景相机,距离约20厘米,可以获得月球表面的彩色立体图像,目的在于判断出一些有色彩的光谱和拍摄着陆器上的国旗。它们装在月球车桅杆上,可360°旋转和90°俯仰拍摄周边图像,是一套自主视觉导航系统,可随时了解前方有没有障碍等,进而根据实际地形情况自行做出所需的“决策”。其成像方式为彩色成像与全色成像交替切换,成像距离大于3米。其科学目标是对着陆区与巡视区进行月表光学成像,调查巡视区月表地形地貌,研究巡视区撞击坑和月球地质等。

灵活高效的玉兔号月球车探测器

全景相机

在世界上首次应用的测月雷达安装在月球车底部,用于在巡视过程中直接探测30米内月壤结构和100米深的浅层月壳结构。它有2个探测通道,高频通道探测30米深月壤结构,低频通道探测100米深月壳的结构,这是前人从未做过的。它随月球车一边走一边测,这相当于一边走一边把地下切开一刀看看里面,看看这个月球土壤有哪几层,土壤里有没有大石块或是其他什么结构。因为玉兔号是区域性探测,所以测月雷达有助于了解区域性的典型月壤和地质构造以及次表层的结构。通过搭载的测月雷达,并集合其他载荷探测的成果,可以在国际上首次建立集形貌、成分、结构于一体的综合性观测剖面,建立起月球区域综合演化动力学模型。

红外成像光谱仪包括可见近红外和短波红外2个谱段,能获取可见近红外到短波红外的高分辨率反射光谱及图像,用于巡视区月表红外光谱分析和成像探测任务,完成巡视区月表矿物组成和分布分析,巡视区能源和矿产资源的综合研究。其中红外谱段可以非常精细地观测光谱,判断不同的物质。在月球车行进过程中,这台光谱仪能沿着行走方向成像,并探测月球表面物质的成分。

粒子激发X射线谱仪安装在机械臂末端,通过机械臂投放到探测目标附近,用于对巡视区月表物质主量元素含量进行现场分析,识别、鉴定岩石全岩成分、月壤全岩成分和矿物成分、能源和矿产资源的综合研究。它主要是通过X射线来分析月球矿物质化学成分,当需要探测时候,就主动发出射线。

灵活高效的玉兔号月球车探测器

玉兔号月球车结构图

嫦娥三号已获得了丰硕成果。例如,2015年3月12日,我国科学家在《科学》上发表了玉兔号的新发现,月球的地质史比人们此前认为的更为复杂。其测月雷达探测到,嫦娥三号着陆区表面下至少分为9层结构,这表明在那里曾有多个地质学过程发生。

灵活高效的玉兔号月球车探测器

玉兔号在2014年1月13日拍摄的一大块被命名为“龙岩”的撞击喷出物质

2015年12月22日,英国《自然·通讯》透露,玉兔号发现了新的月球岩石品种,这有助研究月球近期火山活动。

2016年1月4日,嫦娥三号着陆区4项月球地理实体命名获得国际天文学联合会正式批准,分别是广寒宫、紫微、天市和太微。至此,以中国元素命名的月球地理实体达到22个。

(杭添仁)

任紫薇 本文来源:网易军事 责任编辑:任紫薇_NBJS7432
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