11月4日，“玉兔號”月球車原理樣機(jī)亮相上海中國國際工業(yè)博覽會(huì)。

????“嫦娥三號”正懷抱“玉兔”奔向月宮，即將與這顆神秘的地球衛(wèi)星親密接觸。“玉兔號”作為中國首輛月球車，也蘊(yùn)含著很多有待揭開的秘密。

“玉兔號”月球車是什么樣的？

????月球車，學(xué)名“月面巡視探測器”，是一種能夠在月球表面行駛并完成月球探測、考察、收集和分析樣品等復(fù)雜任務(wù)的專用車輛。

????中國探月工程副總指揮李本正11月26日宣布，我國首輛月球車——“嫦娥三號”巡視器全球征名活動(dòng)結(jié)束，月球車命名“玉兔號”?！坝裢锰枴奔润w現(xiàn)了中華民族的傳統(tǒng)文化，又反映了我國和平利用太空的宗旨。傳說中，當(dāng)年嫦娥懷抱玉兔奔月，玉兔善良、純潔、敏捷的形象與月球車的構(gòu)造、使命既形似又神似。

????整整10年時(shí)間，一大批科研人員完成了這輛能夠耐受月表真空、強(qiáng)輻射和高溫差等極端環(huán)境的月球車。中國探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁說，“玉兔號”實(shí)現(xiàn)了全部“中國制造”，國產(chǎn)率達(dá)到100%。

“玉兔號”月球車重約140千克，呈長方形盒狀，長1.5米，寬1米，高1.1米，周身金光閃閃，有6個(gè)輪子，由移動(dòng)、導(dǎo)航控制、電源、熱控、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、綜合電子、測控?cái)?shù)傳、有效載荷8個(gè)分系統(tǒng)組成，業(yè)內(nèi)人士形象地稱之為“八仙過海，各顯神通”。月球車副主任設(shè)計(jì)師魏然用4句話形容它：肩插“太陽翼”，腳踩“風(fēng)火輪”，身披“黃金甲”，腹中“秘器”多。

“玉兔號”以太陽能為能源，具備20度爬坡、20厘米越障能力，并配備有全景相機(jī)、紅外成像光譜儀、測月雷達(dá)、粒子激發(fā)X射線譜儀等科學(xué)探測儀器。

中外月球車有何不同？

????中國空間技術(shù)研究院研究員龐之浩介紹說，迄今為止，世界上發(fā)射并成功運(yùn)行的月球車有5輛，其中2輛是無人探測月球車，是蘇聯(lián)在上世紀(jì)70年代發(fā)射的“月球車”1號和2號；3輛是有人駕駛的月球車，分別由美國“阿波羅”15號、16號、17號登月時(shí)攜帶。

????中國的“玉兔號”月球車是無人駕駛月球車，與蘇聯(lián)的月球車相比是“小個(gè)子”，“小而精，能完成任務(wù)就行了，也節(jié)約成本。”龐之浩說。

????龐之浩指出，無人月球車難度更大，因?yàn)樯厦嬗泻芏鄡x器，要保證在無人的狀態(tài)下行駛，儀器能正常工作；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，由航天員駕駛起來也相對容易一些。

????北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授、中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間探測專業(yè)委員會(huì)副主任焦維新表示，距離上次月球車登月已過去近40年，電子設(shè)備、探測儀器都非當(dāng)年可比，無論是材料、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇還是探測儀器，過去都不可能有。因此，中國的月球車比之前的先進(jìn)是肯定的，盡管某些方面不是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的，但肯定不會(huì)是上世紀(jì)70年代的重復(fù)。

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“玉兔號”將執(zhí)行哪些任務(wù)？

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”，預(yù)計(jì)于12月中旬在月球虹灣區(qū)軟著陸。吳偉仁說，在月球?qū)崿F(xiàn)軟著陸是“嫦娥三號”探月任務(wù)中最難的一環(huán)。

“著陸器通過反推發(fā)動(dòng)機(jī)緩沖，在月面上徐徐降落，艙門打開，彈出斜梯。月球車緩緩舒展蜷縮的身體，調(diào)整好姿態(tài)，走出艙門，滑下斜梯，開始漫步月球……”中國科學(xué)院院士、探月工程高級顧問歐陽自遠(yuǎn)這樣描述“玉兔號”月球車登臨月球的場景。

????之后，“玉兔號”月球車將駛離著陸器，在月面進(jìn)行3個(gè)月的科學(xué)勘測，著陸器則在著陸地點(diǎn)進(jìn)行原地探測?！坝裢锰枴钡撞堪惭b了一臺測月雷達(dá)，可發(fā)射雷達(dá)波，探測二三十米厚的月球土壤結(jié)構(gòu)，還可以對月球下面100米深的地方進(jìn)行探測。“這是世界上其他國家從來沒有做過的事情?！睔W陽自遠(yuǎn)說。

“靜若處子，動(dòng)若脫兔?！庇邢薜臅r(shí)間，意味著“玉兔號”月球車的工作必須是高效的——依靠各種先進(jìn)設(shè)備，對月表進(jìn)行三維光學(xué)成像、紅外光譜分析，開展月壤厚度和結(jié)構(gòu)科學(xué)探測，對月表物質(zhì)主要元素進(jìn)行現(xiàn)場分析，等等。

????著陸器的設(shè)計(jì)壽命是一年，月球車的則只有3個(gè)月。它們將在完成任務(wù)后永遠(yuǎn)留在月球。“當(dāng)然，我們希望它能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)壽命，也希望超過這個(gè)壽命，就像‘嫦娥二號’一樣。”吳偉仁說，“嫦娥二號”的設(shè)計(jì)工作時(shí)間是半年，但是到現(xiàn)在還在工作，已經(jīng)3年多了?！霸O(shè)計(jì)壽命過后，就看它們的生存能力了?！?/p>

“玉兔號”著陸地點(diǎn)為何選在虹灣區(qū)？

????這次“嫦娥三號”預(yù)定的月球著陸區(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“海”和“洋”命名。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。“比北京海淀區(qū)小一點(diǎn)，月球車探測的只是虹灣區(qū)的一部分，據(jù)專家介紹是5平方公里”，龐之浩說。

“嚴(yán)格來說，月球沒有水，沒有空氣，也談不上美”，焦維新說，在繪圖時(shí)一般習(xí)慣把平坦的地方繪上藍(lán)色，高一點(diǎn)的地方繪上黃色，再高一點(diǎn)的繪上紅色，月球虹灣區(qū)整體低洼平坦，用常規(guī)方法繪出來就是一個(gè)美麗的海灣，“有點(diǎn)像我們的渤海灣”。

????龐之浩介紹，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(qū)域非常有科學(xué)價(jià)值；三是能實(shí)現(xiàn)正面直接測控通訊；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。

“玉兔號”如何克服月球上超過攝氏300度的溫差挑戰(zhàn)？

“古人把月亮稱為廣寒宮，一點(diǎn)都不假。月面夜間最低溫度可以降至攝氏零下180度，電子設(shè)備根本無法工作?！敝袊皆鹿こ谈笨傊笓]、探月與航天工程中心主任李本正說，“更要命的是，月球上的一晚上相當(dāng)于地球上的14天，可謂‘長夜漫漫真難熬’！”

????更糟糕的是，由于月球上的一天約相當(dāng)于地球上的28天，其中約14天會(huì)被太陽連續(xù)暴曬，月球車面臨散熱難題；接下來的約14天又是連續(xù)月夜，在攝氏零下100多度的環(huán)境里，大部分電子設(shè)備無法工作，只能“冬眠”，還需要專門設(shè)備保持月球車的內(nèi)部溫度，防止設(shè)備被凍壞。要讓探測器同時(shí)適應(yīng)這兩種極端溫度，難度非常大。而且一旦夜晝交替，探測器還要從“冬眠”狀態(tài)中被“喚醒”，如何保證系統(tǒng)正常啟動(dòng)也是道難題。

“玉兔號”月球車身披“黃金甲”，目的不是為了好看，而是為了反射月球白晝的強(qiáng)光，降低晝夜溫差，同時(shí)阻擋宇宙中各種高能粒子的輻射，從而支持和保護(hù)月球車上的紅外成像光譜儀、激光點(diǎn)陣器等10多套科學(xué)探測儀器。

????按照科研人員的精心設(shè)計(jì)，“玉兔號”與人類的作息制度一樣，也是日出而作、日落而息，白天還要午休，只不過它每天的工作時(shí)間相當(dāng)于地球上的14天，然后又會(huì)一覺睡14天。

????漫漫長夜之后，“玉兔號”怎么才能立刻點(diǎn)火工作呢？它需要一床御寒的“被子”和一個(gè)叫它起床工作的“鬧鐘”。承擔(dān)這兩項(xiàng)功能的是它的供電系統(tǒng)——太陽翼。據(jù)“嫦娥三號”探測器副總設(shè)計(jì)師賈陽介紹，晚上，“玉兔號”的桅桿會(huì)收起來，太陽翼也會(huì)扣上，“這個(gè)過程中相當(dāng)于把巡視器（月球車）散熱的途徑隔絕掉了。然后，當(dāng)陽光逐漸從東邊起來，到達(dá)5度的高度時(shí)，巡視器就被喚醒了，進(jìn)入到第二天白天的正常工作。”

“不僅氣溫低時(shí)要睡覺，氣溫高時(shí)也要小憩?！睖y控系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師張波介紹，“白天時(shí)，‘玉兔號’月球車的太陽能電池帆板還要調(diào)整角度，避免被陽光照射得太熱。最熱的月午，月球車還要進(jìn)行‘午休’?！边@種作息極大地增強(qiáng)了“玉兔號”適應(yīng)月表惡劣環(huán)境的能力。

????對一些特別嬌嫩的設(shè)備，月球車內(nèi)還專門準(zhǔn)備了“暖寶”——核電池。核電池提供電能的時(shí)間非常長，一個(gè)硬幣大小的核電池，就可使用5000年。這項(xiàng)技術(shù)如能成功，將使我國成為繼美俄之后，世界上第三個(gè)將核動(dòng)力應(yīng)用于太空探測的國家。

“玉兔號”如何在月球表面如履平地？

????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”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)名叫做篩網(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?！薄版隙鹑枴碧綔y器系統(tǒng)專家曾令斌說。龐之浩介紹，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)，輪子每隔一段就會(huì)有一個(gè)鋸齒形的結(jié)構(gòu)，叫做棘爪，就像是兔爪上的指甲。月球上本沒有路，這些尖利的小爪子能夠幫助“玉兔號”穩(wěn)穩(wěn)地抓住月面，跨過溝溝坎坎。

????遇到地面不平的情況時(shí)，“玉兔號”會(huì)通過搖臂調(diào)整重心。如果遇到較大的坡，它就會(huì)繞過去。全程參與“玉兔號”研制的主任設(shè)計(jì)師肖杰說，“玉兔號”有4只“眼睛”，分別是全景相機(jī)和導(dǎo)航相機(jī)。通過相機(jī)“觀察”周圍環(huán)境，對月面障礙進(jìn)行感知和識別，然后對巡視的路徑進(jìn)行規(guī)劃。遇到超過20度的斜坡、高于20厘米的石塊或直徑大于2米的撞擊坑，月球車能夠自主判斷并安全避讓。

“玉兔號”是從40多個(gè)月球車中“脫穎而出”的

????據(jù)探測器系統(tǒng)副總指揮兼副總設(shè)計(jì)師張玉花透露，“2007年國家任務(wù)定型的時(shí)候，月球車滿地跑，中國有40幾個(gè)月球車競爭比較?！?0幾個(gè)月球車滿地跑，最后是怎么確定下來的呢？張玉花說，這個(gè)型號的巡視器和著陸器由一家單位研發(fā)，當(dāng)時(shí)認(rèn)為更合適，接口更好。如今，“玉兔號”月球車八個(gè)分系統(tǒng)中，有四個(gè)半是上海航天人研制的。

????據(jù)中國月球探測車的先驅(qū)者、哈爾濱工業(yè)大學(xué)81歲教授劉暾介紹，作為中國首輛月球車，其關(guān)鍵技術(shù)有2項(xiàng)是由哈工大科研人員研制的，包括溫度調(diào)控系統(tǒng)技術(shù)和車輪構(gòu)型、材質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)。“玉兔號”月球車實(shí)現(xiàn)了全部“中國制造”，國產(chǎn)率達(dá)100%。其中月球車溫度調(diào)控系統(tǒng)是哈工大的一項(xiàng)領(lǐng)先世界的先進(jìn)技術(shù)。為適應(yīng)極端環(huán)境，“玉兔號”月球車熱控分系統(tǒng)利用導(dǎo)熱流體回路、隔熱組件、散熱面設(shè)計(jì)、電加熱器、同位素?zé)嵩?，可耐受攝氏零下180度至零上150度的極限溫度。工作時(shí)的艙內(nèi)溫度可以控制在攝氏零下20度至零上50度之間。

????劉暾介紹，月球車在月面“行走”時(shí)風(fēng)險(xiǎn)重重，車輪掀起的月壤細(xì)粒會(huì)大量揚(yáng)起，形成月塵，一旦附著將很難清除。月塵可能引起月球車很多故障，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)卡死、密封機(jī)構(gòu)失效、光學(xué)系統(tǒng)靈敏度下降等。月球車的車輪形狀和材質(zhì)成為一個(gè)很重要的解決月塵的關(guān)鍵點(diǎn)。為了確認(rèn)哪種車輪的構(gòu)型更適應(yīng)月球環(huán)境，哪種材質(zhì)更適合月球表面的環(huán)境，科研人員進(jìn)行了幾千次的實(shí)驗(yàn)。

外媒對“玉兔”行走月球甚是期待

????法國《阿爾薩斯最新消息》報(bào)說，中國成功發(fā)射入軌的“嫦娥三號”探測器正攜帶“玉兔”奔向月球。此次任務(wù)標(biāo)志著中國雄心勃勃的太空計(jì)劃邁出了關(guān)鍵一步。中國正努力實(shí)現(xiàn)其首次月面軟著陸，以期成為繼美國和蘇聯(lián)之后第三個(gè)成功接受這一挑戰(zhàn)的國家。法國新聞廣播電臺指出：“中國‘玉兔’月球車起飛了，它將在未來幾個(gè)月探測一個(gè)我們從未涉足的區(qū)域——月海虹灣。中國在實(shí)現(xiàn)征服太空的抱負(fù)方面正跨越一個(gè)重要階段?！?/p>

????日本最大的太空開發(fā)網(wǎng)站“sorae．jp”稱，嫦娥三號是中國發(fā)射的第三個(gè)月球探測器，它承擔(dān)著中國首次月面著陸任務(wù)，并準(zhǔn)備施放無人月球車，向月面行走發(fā)起挑戰(zhàn)。如能實(shí)現(xiàn)月面軟著陸，這將是1976年蘇聯(lián)“月球24號”探測器在月面著陸以來，時(shí)隔37年的又一壯舉。

????巴西門戶網(wǎng)站UOL暢想道：到本世紀(jì)20年代，人們將會(huì)看到中國航天員在月球漫步，甚至?xí)谠虑蜷L期停留。

????挪威通訊社說，近些年來，中國和印度相對更加注重發(fā)展航天。中國探月和印度發(fā)射火星探測器，在當(dāng)今太空探索方面樹立了重要里程碑。過去，只有美國和俄羅斯可以做這樣的事。

（參考資料：央視、新華網(wǎng)、中新網(wǎng)、人民網(wǎng)、環(huán)球時(shí)報(bào)、京華時(shí)報(bào)）