1.《知識(shí)百科》2014年第1期 中國月球車

中國月球車 劉宇 2013年12月2日凌晨，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功將肩負(fù)首次登月任務(wù)的探測(cè)器“嫦娥”三號(hào)送入軌道，由著陸器和“玉兔”號(hào)月球車組成的“嫦娥”三號(hào)于12月中旬在月球“虹灣”區(qū)軟著陸。

這是中國第一次將自己設(shè)計(jì)的月球車送上月球?！坝裢谩碧?hào)月球車究竟什么樣？它與國外的月球車有哪些不同？它將完成哪些科學(xué)任務(wù)？ “玉兔”——世界上第6臺(tái)被送上月球的“月球車” 月球車，學(xué)名“月面巡視探測(cè)器”，是一種能夠在月球表面行駛并完成月球探測(cè)、考察、收集和分析樣品等復(fù)雜任務(wù)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(fā)射并成功運(yùn)行的月球車有5輛，其中兩輛是無人駕駛月球車，是蘇聯(lián)在20世紀(jì)70年代發(fā)射的“月球車”1號(hào)和2號(hào)；3輛是有人駕駛的月球車，是美國“阿波羅”15號(hào)、16號(hào)、17號(hào)的月球車。

有人駕駛的月球車主要作為一個(gè)交通工具，擴(kuò)大航天員在月球上的活動(dòng)范圍，上面基本沒有什么儀器，由航天員駕駛行駛起來也相對(duì)容易一些。無人駕駛月球車難度更大，因?yàn)樯厦嬗泻芏鄡x器，要保證月球車在無人的狀態(tài)下行駛，儀器能正常工作。

1970年11月17日，世界上第一臺(tái)無人駕駛月球車“月球車”1號(hào)在月面“雨海”地區(qū)著陸。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，車上所搭載的有效載荷偏少，在月面移動(dòng)以遠(yuǎn)程遙控操作為主，不能自主避障行走。

40多年過去了，由于材料、能源和人工智能等技術(shù)的發(fā)展，無人月球車在輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱控、導(dǎo)航控制等方面取得了很大的進(jìn)步。中國的“玉兔”號(hào)月球車是無人駕駛月球車，質(zhì)量約140千克，與蘇聯(lián)的月球車相比是“小個(gè)子”。

“玉兔”號(hào)月球車是我國最高智能機(jī)器人，它能完全自主導(dǎo)航，在月球上可以根據(jù)照相機(jī)拍到的四周情況，自己決定該走哪條路、怎么走；可以自主避障，如果前面有大石頭擋住了，它過不去了，知道怎么避開這個(gè)障礙；還可以自動(dòng)上坡下坡。另外，“玉兔”號(hào)月球車可以指揮身上的儀器探測(cè)月球。

為什么制造月球車需要高難技術(shù)？ 月球上的環(huán)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。制造月球車是一項(xiàng)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(zhì)量為50千克的東西，在地球上所受重力約500牛，到了月球表面則變成約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(shí)，車輛和月面的摩擦力也減小了，對(duì)車輛的控制會(huì)變得很困難，加上月面的地形復(fù)雜，浮塵又很厚。

這些因素都使得車輛在月球上運(yùn)動(dòng)時(shí)變得十分不穩(wěn)定。 第二難題：路況。

月球表面崎嶇不平，有石塊、有隕石坑，還有坡。在這種情況下，設(shè)計(jì)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(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡，樣樣在行。

第三難題：溫度。 月球表面白晝時(shí)溫度高達(dá)120多攝氏度，黑夜時(shí)低至零下180攝氏度，溫差超過300攝氏度。

月面上如此急劇變化的溫度環(huán)境會(huì)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(gè)智能機(jī)器人，需要具備獨(dú)立處理各種環(huán)境的能力。由于距離太遠(yuǎn)，無法通過遙控的方法處理反饋信息。

月球車需要配置若干個(gè)傳感器，這些傳感器在得知周圍環(huán)境、自身姿態(tài)、位置等信息后，通過地面或車內(nèi)裝置，形成三維地形圖，勾畫出到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的路徑，并導(dǎo)航控制月球車走到目的地。 第五難題：電力供應(yīng)。

月球的自轉(zhuǎn)引起月面的晝夜變化。月球上一天的時(shí)間，大約相當(dāng)于地球上的28天。

因此，月球晝夜間隔大約相當(dāng)于地球上的14天。也就是說，登上月球以后的月球車，依靠太陽能電池最多可以連續(xù)工作14天，進(jìn)入月夜以后，它由于無法通過光能發(fā)電，進(jìn)入休眠狀態(tài)。

14天后，又能自動(dòng)醒來。 “玉兔”號(hào)著陸地點(diǎn)為何選在“虹灣”區(qū)？ 這次“嫦娥”三號(hào)的月球著陸區(qū)“虹灣”，并不是真的海灣，而是像彩虹一樣的巨型隕石坑壁。

月球上有很多地方以“?！焙汀把蟆泵?。古人望月，以為看到的是海，其實(shí)不是。

“虹灣”區(qū)位于月球北緯43度左右、西經(jīng)31度左右，南北長約100千米、東西長約300千米。 專家認(rèn)為，之所以選擇在“虹灣”區(qū)落月，是出于多種綜合因素的考慮：一是這里比較平坦，落月比較安全；二是美蘇的探測(cè)主要集中在月球赤道附近，“虹灣”仍是月球研究的空白，探測(cè)該區(qū)域非常有科學(xué)價(jià)值；三是能實(shí)現(xiàn)正面直接測(cè)控通訊；四是太陽光照較好，能保證探測(cè)器的太陽能電池板正常工作。

“玉兔”號(hào)如何在月球表面如履平地？ 月球重力是地球的六分之一，表面土壤非常松軟，凹凸不平。盡管整體來講“虹灣”地區(qū)比較平坦，但月球表面千萬年來經(jīng)歷隕石撞擊，遍布大大小小的隕石坑和石塊。

為了避免在月球上“摔跤”或“崴腳”，“玉兔”號(hào)月球車有6個(gè)特制的輪子，而且移動(dòng)很慢——每小時(shí)最多走200米。這個(gè)輪子學(xué)名叫作篩網(wǎng)輪，能夠盡可能減輕重量。

另外，這個(gè)車輪在設(shè)計(jì)上必須要有很大的接觸面積，摩擦系數(shù)也要很大，這樣它在月面才不會(huì)陷進(jìn)去，也不容易打滑。由于輪子是網(wǎng)狀的，所以一邊行駛一邊可以把沙子漏掉。

除了表面用篩網(wǎng)。

2.有關(guān)人類登月的科技知識(shí)

成功登月五次，失敗一次。

阿波羅11號(hào) 推進(jìn)裝置：“火星”V火箭 時(shí)間：1969年7月16日—24日 乘員：阿姆斯特朗、科林斯、奧樂德林 飛行時(shí)間為8天3小時(shí)，首次載人月球登陸行動(dòng)，首次在月球行走。“體斯頓，寧靜基地報(bào)告，鷹已降落?！?/p>

1969年7月20日。 降落地點(diǎn)：靜海。

坐標(biāo)：北0.71度，東23.63度。 太空行走時(shí)間2小時(shí)31分鐘，樹起了旗幟、安放了儀器，在登陸處樹立了一個(gè)牌子，上面寫著：“人類首次月球登陸處，1969年7月。

我們是為了全人類帶著和平之意而來?！痹虑虮砻嫘凶邥r(shí)間21.6小時(shí)，繞月球軌道飛行30次。

登月艙的上升階段艙留在了月球軌道，共采集了20公斤的物質(zhì)。 阿波羅12號(hào) 推進(jìn)裝置：“火星”V火箭 時(shí)間：1969年11月14日—24日 乘員：康拉德、戈登、比恩。

飛行時(shí)間：10天4小時(shí)36分鐘，登陸地點(diǎn)：風(fēng)暴洋。坐標(biāo)：南0.71度，西23.63度。

取回于1967年4月在月球登陸的探測(cè)者3號(hào)的部分部件。安放了阿波羅月球表面實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

月球表面停留時(shí)間31.5小時(shí)。月球軌道飛行時(shí)間89小時(shí)，繞月球軌道飛行45次。

登月艙下載階段艙降落在月球上，采集了34公斤的物質(zhì)。 阿波羅13號(hào) 推進(jìn)裝置：“火星”V火箭 時(shí)間：1970年4月11日—17日 乘員：洛弗爾、海斯、斯威加特。

飛行時(shí)間5天22.9小時(shí)。進(jìn)行了三次著陸努力，由于液氧箱爆炸，終止登月。

由于獲得了營救人員的經(jīng)驗(yàn)，這次失敗被稱為“成功的失敗。”用過的登陸艙上升階段艙成功地降落在月球上。

阿波羅14號(hào) 推進(jìn)裝置：“火星”V火箭 時(shí)間：1971年1月31日—2月9日 乘員：謝潑德、羅塞、米切爾 飛行時(shí)間9天，登陸地點(diǎn)：弗拉·摩洛地區(qū)。坐標(biāo)：南3.65度，西17.48度。

裝置核動(dòng)力科學(xué)實(shí)驗(yàn)站和其它實(shí)驗(yàn)設(shè)備。月球表面停留時(shí)間33.5小時(shí)，月球軌道飛行時(shí)間67小時(shí)，繞月球軌道飛行24次。

進(jìn)行了兩次太空行走，時(shí)間為9小時(shí)24分鐘，第三級(jí)降落在月球上，采集了42公斤的物質(zhì)，首次使用手推車來運(yùn)輸巖石。 阿波羅15號(hào) 推進(jìn)裝置：“火星”V火箭 時(shí)間：1971年7月26日—8月7日 乘員：斯科特、沃登、歐文 飛行時(shí)間12天17小時(shí)，登陸地點(diǎn)：亞平寧山哈德利峽谷。

坐標(biāo)：北20.68度，東3.66度。 進(jìn)行了三次太空行走，時(shí)間為10小時(shí)36分。

在返往地球時(shí)，沃登進(jìn)行了38分鐘的艙外行走。首次攜帶軌道感應(yīng)器。

裝置核動(dòng)力科學(xué)實(shí)驗(yàn)站，著陸的科學(xué)設(shè)備數(shù)量增加了一倍。改進(jìn)后的太空服增加了機(jī)動(dòng)性，使宇航員可以在月球上停留更長的時(shí)間。

月球表面停留時(shí)間66.9小時(shí)。首次使用四輪月球車，月球車行走了27.9公里（17分鐘）。

月球軌道飛行時(shí)間145小時(shí)，繞月球軌道飛行74次。首次在月球軌道上發(fā)射小衛(wèi)星。

采集了6.6公斤的物質(zhì)。 阿波羅16號(hào) 推進(jìn)裝置：“火星”V火箭 時(shí)間：1972年4月16日—27日 乘員：約翰·楊、馬丁利、杜克 飛行時(shí)間11天1小時(shí)，登陸地點(diǎn)：笛卡兒高地。

坐標(biāo)：南8.97度，東15.51度。 首次對(duì)高地地區(qū)進(jìn)行研究，在月球表面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)、首次在月球上首用紫外線攝影光譜儀、宇宙線探測(cè)儀，再次使用四輪月球車。

月球表面停留時(shí)間71小時(shí)。月球軌道飛行時(shí)間126小時(shí)，繞月球軌道飛行64次。

首次在月球軌道上發(fā)射小衛(wèi)星。采集了95.8公斤的月球物質(zhì)樣本。

馬丁利進(jìn)行了宇宙行走1小時(shí)。 阿波羅17號(hào) 推進(jìn)裝置：“火星”V火箭 時(shí)間：1972年12月7日—19日 乘員：塞爾南、伊文斯、斯密特 飛行時(shí)間12天13小時(shí)52分鐘，最后一次登月任務(wù)。

登陸地點(diǎn)：陶拉斯·利特羅山脈。坐標(biāo)：北20.16度，東30.77度。

進(jìn)行了3次艙外行走，時(shí)間為22小時(shí)4分。伊文斯進(jìn)行了1小時(shí)零6分的艙外行走。

斯密特是首位登陸月球的科學(xué)家。建立了第六個(gè)自動(dòng)研究站。

月球車行走了30.5公里。月球表面停留時(shí)間75小時(shí)。

月球軌道飛行時(shí)間17小時(shí)，采集了110.4公斤的月球物質(zhì)樣本。 迄今為止美國是唯一一個(gè)將人類送上月球的國家 阿波羅7號(hào)飛船1968年10月11日-22日，飛行時(shí)間為10天20小時(shí)，共繞地球飛行163圈，這是阿波羅飛船的第一次載人地球軌道飛行。

時(shí)間：1968年12月21日—27日。飛行時(shí)間為6天3小時(shí)，繞月球軌道飛行10次，飛行了20小時(shí)。

這是世界上第一艘繞月飛行的載人飛船。測(cè)試了支持系統(tǒng)。

阿波羅9號(hào)飛船，1969年3月3日—13日 飛行時(shí)間為10天1小時(shí)，全部登月設(shè)備在地球軌道上的首次載人飛行。施維卡特進(jìn)行了37分鐘的太空行走。

在152次的軌道飛行中測(cè)試了人類在太空環(huán)境中的反應(yīng)和失重狀成。載人登月艙的首次飛行。

阿波羅10號(hào)，1969年5月18日—26日。飛行時(shí)間為8天3分鐘，登月降落演練，登月艙和指揮艙、服務(wù)艙在月球、地球和月球之間環(huán)境下的首次載人飛行。

月球軌道飛行時(shí)間61.6小時(shí)，繞月球軌道飛行31次。登月艙至月球表面15243米處。

首次在太空實(shí)現(xiàn)電視直播。驗(yàn)證了除向月球表面降落之外的全部登月程序。

阿波羅11號(hào)，1969年7月16日—24日，飛行時(shí)間為8天3小時(shí)，首次載人月球登陸行動(dòng)，首次在月球行走 降落地點(diǎn)：靜海。坐標(biāo)：北0.71度，東23.63度。

太空行走時(shí)間2小時(shí)31分鐘，樹起了旗幟、安放了儀器，在登陸處樹立了一個(gè)牌子，上面寫著：“人類首次月球登陸處，1969年7月。我們是為了全人類帶著和平之意而來?！?/p>

月球表面。

3.科普小知識(shí)資料

月球俗稱月亮，也稱太陰，是地球的唯一的天然衛(wèi)星，也是離地球最近的天體。

月球距離地球平均為384,401公里。這段距離約為地球赤道周長的10倍。

月球軌道呈橢圓形，近地點(diǎn)平均距離為363300公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)平均距離為405500公里。月球直徑為3476公里，約為地球直徑的3/11。

月球表面面積大約是地球表面面積的1/14，比亞洲面積稍小。月球的體積只相當(dāng)于地球體積的1/49。

月球質(zhì)量約等于地球質(zhì)量的1/81.3。月球物質(zhì)的平均密度為每立方厘米3.34克，只相當(dāng)于地球密度的3/5。

月面上自由落體的重力加速度地球上表面重力加速度的1/6。月球上的逃逸速度約為每秒2.4公里，為地球上的逃逸速度的1/5左右。

月球在環(huán)繞地球作橢圓運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，也伴隨地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)，每年一周。月球不但處于地球引力作用下，同時(shí)也受到來自太陽引力的影響，所以具有十分復(fù)雜的軌道運(yùn)動(dòng)。

月球本身不發(fā)光也不透明，但能反射太陽光。由于日、地、月三者的相對(duì)位置不斷變化，因此，地球上的觀測(cè)者所見到的月球被照這部分也在不斷變化，從而產(chǎn)生不同的視形狀。

這叫月相。月相的變化是有規(guī)律的。

月相變化的周期性，給人們提供了一種計(jì)量時(shí)間的尺度。陰歷或農(nóng)歷月就是以月相為基礎(chǔ)，星期也是由此演化而來。

自古以來人們就知道，月球總以相同的一面向著地球。這是由于月球自轉(zhuǎn)周期恰好和月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期相等造成的，而這兩個(gè)周期相同則是潮汐長期作用的結(jié)果。

月球赤道面同它的軌道面有6度41分的傾角。因?yàn)檫@一傾角的存在和月球繞轉(zhuǎn)速度的不均勻等原因，在月球運(yùn)動(dòng)過程中，地面上某一點(diǎn)的觀測(cè)者多少還能看出月面邊沿有前后的擺動(dòng)。

從地面觀測(cè)，不止看到月球的半面，而且能看到月球的59%，其余41%則不能直接看到。 月球形狀也是南北極稍扁、赤道稍許隆起的扁球。

它的平均極半徑比赤道半徑短500米。南北極區(qū)也不對(duì)稱，北極區(qū)隆起，南極區(qū)洼陷約400米。

月球重心和幾何中心并不重合，重心偏向地球2公里。這一結(jié)論已為"阿波羅號(hào)"登月獲得的資料所證實(shí)。

月面上山嶺起伏，峰巒密布。此外，還有洋、海、灣、湖等各種特征名稱。

其實(shí)，月面上并沒有水。只是早年觀測(cè)者憑借想象，借用地球上的名稱而已，最多不過有某些形態(tài)上的相似罷了。

月面上的最明顯的特征是環(huán)形山，通常指碗狀凹坑結(jié)構(gòu)。其中大的直徑可超過100公里，小的不過是些凹坑。

直徑大于1公里的環(huán)形山總數(shù)3萬多個(gè)，占月球表面積的 7~10%。環(huán)形山大多以著名天文學(xué)家或其他學(xué)者的名字命名，月球背面有4座環(huán)形山，分別以中國古代天文學(xué)家石申、張衡、祖沖之、郭守敬命名。

月面最大的幾個(gè)環(huán)形山是：南極附近的貝利環(huán)形山，直徑295公里；克拉維環(huán)形山，直徑233公里；牛頓環(huán)形山，直徑230公里。許多環(huán)形山的中心區(qū)有中央峰或中央峰群，高達(dá)2.5公里。

肉眼所看到的月面上的暗淡黑斑叫“月?！?，它們是廣闊的平原。在月球正面，月海面積約占整個(gè)半球表面的一半。

已知月海共22個(gè)（包括背面），其中最大的叫風(fēng)暴洋，面積約500萬平方公里。雨海面積約90萬平方公里。

月面中央的靜海面積約26萬平方公里。此外，較大的還有澄海、豐富海、危海、云海等。

月海大多具有圓形封閉的特點(diǎn)，四周是山脈。有些月海伸向陸地稱為灣，小的月海則稱為湖。

月陸是月面上高出月海的地區(qū)，一般高出2~3公里。月陸主要由淺色的斜長巖組成，其反照率較高。

月球正面的月陸與月海面積大致相等，而背面則月陸面積大些。月陸形成的年代經(jīng)同位素年齡測(cè)定為46億年，比月海要早。

月球上也存在一些山脈，大多以地球上的山名命名，如亞平寧山脈、高加索山脈、阿爾卑斯山脈等。最長的山脈長達(dá)1000公里，往往高出月海3~4公里。

最高的山峰在月球南極附近，高達(dá)9000米，比地球上最高的珠穆朗瑪峰還高。除山脈外，還有長達(dá)數(shù)百公里的峭壁，最長的是阿爾泰峭壁。

月面上有一些輻射紋， 典型的有第谷環(huán)形山和哥白尼環(huán)形山周圍的輻射紋。第谷環(huán)形山有輻射紋12條，從環(huán)形山周圍呈放射狀向外延伸，最長的達(dá)1800公里，滿月時(shí)看得最清楚。

其成因尚無定論：有人說是火山爆發(fā)形成的；也有人認(rèn)為是隕石轟擊月面造成的。 長期天文觀測(cè)與登月的直接考察證實(shí)，月球周圍沒有明顯的磁場(chǎng)。

月球磁場(chǎng)強(qiáng)度不及地球磁場(chǎng)的1/1000。月球上更沒有像地球和木星那樣的輻射帶。

月球上不存在任何形態(tài)的水，完全沒有大氣，幾乎接近真空狀態(tài)。通過月球火箭探測(cè)查明：月球正面有稱為"重力瘤"或"質(zhì)量瘤"的重力異常區(qū)，達(dá)12處之多；月球表面大部分地區(qū)為一層厚度不等的月塵和巖屑所覆蓋。

月球沒有像地球大氣那樣的保護(hù)層，月面直接受到流星體的猛烈沖擊，因此在一定程度上會(huì)影響到月巖的化學(xué)成分、巖屑大小、玻璃含量以及再結(jié)晶的程度。月球早期廣泛發(fā)生火山爆發(fā)，噴出大量熔漿，從而形成月面上廣闊的熔巖平原。

月球本身并不發(fā)光，只反射太陽光。它的亮度隨日、月間角距離和地、月間距離的改變而變化。

它的平均亮度為太陽亮度的1/465000，亮度變化幅度從1/630000至1/375000。滿月時(shí)亮度平均為 -12.7等。

它給大地的照度平均相當(dāng)于100瓦電燈在距離21米處的照度。