玉兔號(hào)腹中有“秘器”

在玉兔號(hào)告別著陸器后，將在月球表面自主“行走”巡視探測(cè)，對(duì)月表進(jìn)行三維光學(xué)成像、紅外光譜分析。此外，還將開展月壤厚度和結(jié)構(gòu)科學(xué)探測(cè)，對(duì)月表物質(zhì)主要元素進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析等。項(xiàng)目組為試驗(yàn)配備了粒子高速攝像儀、在線粒度分析儀等先進(jìn)的分析測(cè)試儀器，用于監(jiān)控、測(cè)量試驗(yàn)過程中的參數(shù)。為嫦娥三號(hào)的雷達(dá)天線、望遠(yuǎn)鏡以及相機(jī)等5件有效載荷部件進(jìn)行月塵環(huán)境摸底試驗(yàn)。月球車并不是一輛車，而是一個(gè)長(zhǎng)著輪子能夠適應(yīng)惡劣空間環(huán)境，并開展空間科學(xué)探測(cè)的航天器，是一個(gè)低功耗、高智能的機(jī)器人。玉兔號(hào)月球車重約140千克，呈長(zhǎng)方形盒狀，太陽(yáng)翼收攏狀態(tài)下長(zhǎng)1.5米，寬1米，高1.1米，有6個(gè)輪子，周身金光閃閃。為了方便在月球上開展科學(xué)探測(cè)任務(wù)，玉兔號(hào)上配置眾多寶貝，比如全景相機(jī)、測(cè)月雷達(dá)、粒子激發(fā)X射線譜儀、紅外光譜儀和粒子激發(fā)X射線譜儀。專家這樣形容它：肩插“太陽(yáng)翼”，腳踩“風(fēng)火輪”，身披“黃金甲”，腹中“秘器”多。“玉兔號(hào)”的巡游范圍可達(dá)5平方公里。它以太陽(yáng)能為能源，具備20度爬坡、20厘米越障能力，并可耐受300攝氏度的溫差，還在車底安裝了雷達(dá)，將探測(cè)月球地表以下100米左右深度的地下結(jié)構(gòu)。有專家指出，這是前人從未做過的，將對(duì)月球次表層探測(cè)做出貢獻(xiàn)。據(jù)中國(guó)繞月探測(cè)工程首任首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)介紹，月球車能完全自主導(dǎo)航，在月亮上可以根據(jù)照相機(jī)拍到的四周情況，自己決定該走哪條路；可以自主避障，前面有大石頭擋住了，知道怎么避開障礙；還可以自動(dòng)上坡下坡，能走它就走，走不過去就繞著走。著陸器的設(shè)計(jì)壽命是一年，月球車則只有3個(gè)月。它們將在完成任務(wù)后永遠(yuǎn)留在月球。“它們工作結(jié)束后，沒有打算拿回來，也不可能把它們拿回來，設(shè)計(jì)時(shí)沒這樣考慮。壽命時(shí)間過后，就看它的生存能力。”中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁表示。分析玉兔巡月球首要風(fēng)險(xiǎn)是月塵月球車在月面“行走”也是存在風(fēng)險(xiǎn)的。據(jù)了解，月壤細(xì)粒會(huì)大量揚(yáng)起，形成月塵，一旦附著，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。美國(guó)宇航員從月球返回后曾說，人類探索月球遇到的首要麻煩就是月塵環(huán)境。如何讓月球車在行進(jìn)時(shí)不揚(yáng)起這些灰塵？我國(guó)科研人員通過月塵和真空模擬試驗(yàn)找到了答案。細(xì)微月塵易“瞇眼”為了模擬月球環(huán)境，項(xiàng)目組與真空技術(shù)專家一起，在有細(xì)微模擬月塵的環(huán)境中制造了真空環(huán)境，科研人員在這個(gè)環(huán)境下分別研究了無花紋、直花紋、斜花紋等仿真車輪的揚(yáng)塵試驗(yàn)，記錄下三種花紋車輪的臨界起塵點(diǎn)，車輪轉(zhuǎn)速與起塵高度，揚(yáng)塵顆粒的速度、尺寸范圍、運(yùn)動(dòng)軌跡和范圍等試驗(yàn)數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，空氣狀態(tài)下的揚(yáng)塵現(xiàn)象受氣流擾動(dòng)影響極大，與真空狀態(tài)下的試驗(yàn)規(guī)律完全不同，為解決月面巡視探測(cè)及未來載人巡視器車輪揚(yáng)塵問題提供了重要參考和依據(jù)。月面覆蓋了一層厚度不等的月壤，這些月壤約95%的顆粒尺度為毫米級(jí)，約50%顆粒為60微米級(jí)。如此微小的塵埃，如果蒙在月球車的相機(jī)鏡頭上，就等于罩住了“眼睛”，如果進(jìn)入一些敏感儀器，可能影響工作效率，甚至導(dǎo)致故障。為了研究和評(píng)價(jià)月塵環(huán)境對(duì)巡視器部組件的影響，航天科技集團(tuán)五院的月塵環(huán)境項(xiàng)目組進(jìn)行了系列技術(shù)攻關(guān)，模擬月塵和月球環(huán)境是兩大難關(guān)?？蒲腥藛T研制出了成分、密度、顆粒分布以及顆粒幾何形狀上近似于真實(shí)狀況的模擬月塵，并可根據(jù)需要配制出任意比例的模擬月塵。試驗(yàn)中，要求在工件上均勻淋灑月塵，每平方米20克，相當(dāng)于要把半勺的鹽均勻地灑在1平方米的地方。防塵密封圈需經(jīng)耐熱耐寒考驗(yàn)乘坐阿波羅號(hào)登月的宇航員在回憶錄里曾這樣描述初登月球時(shí)的震撼情景：月亮上沒有風(fēng)，月塵揚(yáng)起后，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間懸浮在半空中落不下來。由于月塵帶有靜電，容易吸附在巡視器表面或侵蝕巡視器的活動(dòng)部件，因此防塵密封圈就變得格外重要。別看密封圈小，研制人員足足花費(fèi)了兩年的時(shí)間才找到合適的配方。他們對(duì)設(shè)計(jì)出來的每一種配方都進(jìn)行了高溫壓縮永久變形測(cè)試、壓縮耐寒系數(shù)測(cè)試、耐熱空氣老化測(cè)試等多項(xiàng)測(cè)試，通過數(shù)十次試驗(yàn)，終于確定了配方。由于月塵的直徑不足1毫米，甚至只有幾微米，因此必須把密封圈的尺寸做得恰到好處，松了月塵就會(huì)進(jìn)入，緊了就會(huì)被磨損，這對(duì)工藝與制作能力提出了苛刻的要求。