美國的“巡行者-1號”

中國的“玉兔”

前蘇聯(lián)的“月行者-1號”

　　2月22日，“玉兔”號月球車第三次進(jìn)入月夜休眠。在進(jìn)入第二個月夜休眠前，“玉兔”號出現(xiàn)了機構(gòu)控制異常情況，后來雖然被喚醒，但問題仍然存在。

　　事實上，在人類的探月征途上，由于距離遙遠(yuǎn)、環(huán)境復(fù)雜，一直有各種各樣的“狀況”發(fā)生。

　　探月史上曾多次出“狀況”

　　據(jù)統(tǒng)計，1958年至今，世界上共進(jìn)行了130次月球探測活動，其中成功或基本成功67次，失敗63次，成功率約51%，尤其是探月早期失敗更多。在冷戰(zhàn)時期，前蘇聯(lián)共開展了64次月球探測，發(fā)射了4個系列64個月球探測器，成功21次，成功率僅為32.8%。美國探月也不是一帆風(fēng)順，共開展了54次月球探測，包括10次載人探索，發(fā)射了7個系列54個探測器，成功35次，成功率65%。

　　月球車是進(jìn)行月球表面探測的重要工具之一。按照探測方式分，月球車一般分為兩類：一類是無人駕駛的月球探測車，它由輪式底盤和儀器艙組成，載有多種科學(xué)探測設(shè)備，用太陽能電池和蓄電池聯(lián)合供電，是靠地面遙控指令或自主控制在月面進(jìn)行巡視探測，前蘇聯(lián)在20世紀(jì)70年代發(fā)射的月球車1號、2號屬于這類月球車。另一類是有人駕駛的載人月球車，它主要作為航天員在月面活動的交通工具，用于擴大航天員的活動范圍和減少航天員的體力消耗，并隨時存放航天員收集的巖石和土壤標(biāo)本，乘阿波羅15號、16號、17號載人飛船登月的美國航天員，曾使用這種類似電瓶車的月球車在月面活動。

　　至今，國外一共成功發(fā)射和運行過5輛月球車，即用于在月面進(jìn)行無人巡視探測的前蘇聯(lián)月球車1號、2號（分別由月球17號、21號月球著陸器帶到月面）和用于在月面運送航天員進(jìn)行科學(xué)探測的美國3輛有人駕駛的載人月球車（分別由阿波羅15號、16號、17號載人登月飛船帶到月面）。

　　就拿無人月球車來說，前蘇聯(lián)的探索也經(jīng)歷了不少挫折和失敗。比如1971年9月2日發(fā)射的月球18號，著陸后所攜的月球車因地面不平發(fā)生翻滾。而成功發(fā)射、運行的月球車1號、2號也命運不同，其中月球車1號在月面工作了10個月，而月球車2號由于中途出現(xiàn)故障只工作了4個月。月球車2號在地面操控下駛?cè)胍粋�撞擊坑考察巖石時，由于輪子在疏松凹陷的月壤中空轉(zhuǎn)，在倒車時坑壁的月壤撞落到月球車太陽能電池板和散熱器表面，導(dǎo)致供電驟減，車內(nèi)過熱，數(shù)日后月球車與地面徹底失去聯(lián)系。

　　20世紀(jì)90年代至今仍出現(xiàn)過探月故障。1990年1月，日本發(fā)射“飛天”號月球軌道器，“飛天”號接近月球后與地面失去聯(lián)系，未獲得探測成果。2008年10月，印度的“月船”1號繞月探測器，其設(shè)計壽命為2年，但因故障只在軌工作312天就與地面失去聯(lián)系。

　　月面環(huán)境甚至比火星更復(fù)雜

　　之所以有大量月球探測器出現(xiàn)故障，其主要原因主要有：一是月球離地球較遠(yuǎn)，這就給發(fā)射、測控、入軌、著陸、返回等帶來很多困難；二是月面環(huán)境十分惡劣，甚至比火星環(huán)境更復(fù)雜，特別是在月球表面，它主要表現(xiàn)為大溫差、長月夜、強輻射、高真空、弱重力、無磁場、坑很多、月塵多、月壤細(xì)且松軟等，這其中的任何一項都會對月球車產(chǎn)生影響，有的甚至足以致命。

　　例如，從月表的路況上看，太陽紫外線輻射的影響，月壤細(xì)粒會周期性地升起，月球重力是地球的1/6，月球車行走時更容易帶起大量月壤細(xì)粒，形成月塵。月塵可能進(jìn)入甚至覆蓋月球車所載儀器設(shè)備，一旦附著很難清除。月塵可能引起月球車很多故障，包括機械結(jié)構(gòu)卡死、密封機構(gòu)失效、光學(xué)系統(tǒng)靈敏度下降等。月球車受到了微粒非常細(xì)小的月球塵埃影響，月球塵埃會使軸承、齒輪和密封的其他機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磨損。月球表面塵埃帶電，會給太陽能電池、光學(xué)器件等帶來不利影響。月面覆蓋著厚度不等的月壤層，并存在大小不等的月坑和巖石，其物理力學(xué)特性和月表地形都與月球車移動性能直接相關(guān)。

　　因為缺乏大氣，月球車將完全暴露在多種宇宙射線下，強烈的電磁輻射可能破壞電子遙控系統(tǒng)，這對接收系統(tǒng)的最大接收功率提出了相當(dāng)高的要求。月球每天都會直接面對超新星與太陽風(fēng)暴等大量宇宙射線，而當(dāng)宇宙射線擊中月球表面時，會引發(fā)微型的核反應(yīng)，其結(jié)果就是月球表面也產(chǎn)生大批危險的次級輻射。

　　另外，月球表面崎嶇不平，石塊、隕石坑遍布，而土壤非常松軟，這都會降低月球車的行進(jìn)效率。而低重力導(dǎo)致的摩擦系數(shù)降低，使得在月球上行走遠(yuǎn)比地球上容易打滑，這對月球車的控制系統(tǒng)提出了更高的要求。在這種情況下，月球車既不能打滑下陷，還要能爬坡越障，需具備“眼觀六路、耳聽八方”“獨立思考、自主判斷”的本領(lǐng)。

　　月球的一天約相當(dāng)于地球的28天，而且14天是陽光普照的白天，14天是寒冷的黑夜。在月球上，受光部位的極限溫度可達(dá)150℃，未受光部位的溫度則為-130℃至-60℃，而到了夜間，溫度會降到-180℃，有些地區(qū)甚至低至-200℃。所以長達(dá)十多個地球日的漫長月夜、超過300℃的晝夜溫差，都可能成為月球車的“健康殺手”。因為很多設(shè)備的工作溫度都有嚴(yán)格限制，在這么低的溫度下，所有的電子儀器都會被凍壞的，即使天亮后太陽出來了也不能恢復(fù)工作。要保持這些儀器設(shè)備不被凍壞的最低溫度是-50℃。另外，在月夜期間不能用太陽能電池發(fā)電來保溫。月球車的溫度太高也不行，要控制在50℃以內(nèi)。

　　月面巡視過程中的自主導(dǎo)航與遙控操作也很難。巡視探測任務(wù)要求月球車能夠進(jìn)行視覺定位，即對周圍環(huán)境進(jìn)行感知，自主完成近距離障礙識別和局部路徑規(guī)劃、多輪運動協(xié)調(diào)控制和避障或越障，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離行駛，安全到達(dá)指定位置，并保障自身的穩(wěn)定工作。

　　地面試驗驗證難度很大

　　在月球車的研制過程中，科研人員要對月球環(huán)境進(jìn)行大量模擬、實驗、測試，以便采取多種措施應(yīng)對，包括近百種應(yīng)急預(yù)案。但用月球車進(jìn)行巡視探測的一大難點就是發(fā)射前在地面試驗驗證難，而且人類對月球復(fù)雜環(huán)境了解有限，所以在實際探測中還會遇到很大風(fēng)險、很大挑戰(zhàn)。

　　月球探測是一項非常復(fù)雜并具高風(fēng)險的工程，在探月過程中出現(xiàn)異常在所難免。任何一項復(fù)雜的科研工作都是波浪式前進(jìn)的，太空探索更是如此，因為人類對月球和其他地外星球知之甚少，而且距離遙遠(yuǎn)，探測它們必須冒很大風(fēng)險，經(jīng)歷各種考驗，排除各種困難，才能有所收獲，然而這也正是太空探索的魅力所在。

　　來源：《國際太空》