书城工业技术遥远的使命——空间探测器
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第26章 月球巡洋舰

勇往直前的探测车

最早的外星球探测,只是发射一些探测器,而且一旦发射出去之后,往往无法控制。有时,它们跟需要探测的星球擦身而过,最多拍几张照片发回地球。虽然,科学家可以让它们进入到需探测的星球的轨道,在飞行中居高临下对星球表面拍摄一些照片,但这种方式获得的信息十分有限。为了进一步获得更有价值的信息,科学家发明了登陆星球的巡视探测器,俗称探测车。为探测车安装各种高科技探测设备。这种星球探测车最早出现在月球探测中,所以俗称为月球车。

探测车,根据任务不同,目前分为月球探测车和火星探测车,将来肯定会诞生水星、金星、土星、“土卫-6”、木星等星际探测车。1971年1月31日,美国发射“阿波罗-14”号飞船,携带了一辆在地球上最普通,而月球上最特殊的手推小车。这种模块化手推车,不但运送月球岩石样本、工具,还具有摄影功能、便携式磁强计探测功能等。

那无人探测车靠什么在星球上行动呢?靠传感器、效应器、中央计算机、驱动和行走装置。

什么是传感器呢?传感器相当于人的五官,如视觉、听觉、触觉、嗅觉。有了各种智慧化的自动控制的传感器,探测车就可以在火星上行动自如地探测了。传感器是火星车等机器人的重要组成部分。如“火星漫游者”火星车的加速度传感器及回转仪用来感应身体倾斜和加速的程度,以平衡身体。

什么是效应器呢?效应器相当于人的四肢、关节和神经,利用自步电机、车轮、回旋仪、照相机等,使探测车的“头、手、脚、鼻子和身体”等灵敏地动起来。

当然,每辆无人探测车都有一个聪明的“大脑”——中央计算机。探测车的“粮食”可以是太阳能、核电、蓄电池,当然还有少部分燃料。

赋予智慧和力量

探测车生来就是一个探险家。它为探险而生,为探险而死。它们不是死在发射台,就是死在宇宙空间或另一个陌生的星球。

探测车本身就是一个智能机器人。制造一辆探测车,只能算完成了登陆计划的十分之一。科学家要赋予探测车智慧和力量,科学家自己更要具备高超的指挥艺术。

探测车怎样到达星球呢?一般由火箭、空间探测器或航天飞机送上太空,直至送到另一个星球。中间只要有一个环节出现一点麻烦,就可能前功尽弃。何况,探测器动不动就飞行多少亿千米。

地球与行星之间的通信,有一个时间差。什么是时间差?因为,星球远隔的不是万水千山,而是最少以万千米为单位的星际空间。时间以秒为计算单位。电波以光速30万千米/秒传输信息。地球与行星之间通信所需时间,月球为1.3秒钟,火星约10分钟。例如,地球发一个指令到火星上的火星车,要10分钟;火星车做一个动作后,用照片、影像和数据向地球报告,发回信息又要10分钟。地球人看了火星车的动作后,再下达下一个指令。

探测车的登陆是一个很艰难的过程。科学家无论怎样策划,都几乎是闭门造车。探测车都是冒着九死一生的决心下降。探测车要十分精确地控制好时间和时间差,在一个完全陌生的地方,进行一次冒险而完美的登陆。当然,很多探测车没有那么幸运。

探测车的登陆有几种方式:用气囊包裹起来着陆;与探测器一起用气囊包裹起来,乘降落伞硬着陆;探测车坐在着陆器的背上软着陆;着陆器吊着探测车软着陆。

第一辆月球车

1970年11月17日,航天史上的第一辆月球车——“月行者-1”号搭乘苏联“月球-17”号探测器登陆月球。

“月行者-1”号是无人驾驶型月球车,长2.2米,宽1.6米,重756千克,由轮式底盘和仪器舱组成,用太阳能帆板和蓄电池联合供电。苏联5名科学家组成的“智囊团”用技术和智慧指挥月球车的一举一动。

“月球-17”号探测器在月面雨海地区着陆后,“月行者-1”号顺着舷梯下到月面。苏联科学家称赞“月行者-1”号是“移动的实验室”。它缓缓地在月球上滚动,一面拍摄周围的影像和照片,一面探测观察分析月球上的小石头、土壤,同时把影像图片和探测信息发送回地球。

由于月球表面没有大气,昼夜温差大。白天最高温度可达120℃以上,夜晚最低温度可降到-180℃以下。白天,“月行者-1”号打开盖子,太阳能帆板朝向太阳吸收能量;当夜幕降临,月球上的温度急剧下降,“月行者-1”号将自动盖子盖上,保存能量。

“月行者-1”号进行了10个半月的科学考察,直到携带的核能耗尽后于1971年10月4日停止工作。“月行者-1”号共行驶了10多千米,考察月面8万平方米,发回照片超过2万张,测量了月面辐射数据,对月壤进行了物理力学分析和化学分析。“月行者-1”号的成就震撼了世界。

“月球漫游者”月球车

为了加快探月进程,印度找到了月球车的故乡——俄罗斯。印度选择与俄罗斯联合研制新一代月球车。

为了早日实现圣雄甘地的愿望,将美丽的莎丽披在月球上,2008年10月,印度的探测器勘察了月球表面,绘制了完整的月球成分地图和三维地理图。2011到2012年,印度要发射探测器和月球车,对月球展开多项科学研究。印度与俄罗斯联合研制了月球车——“月球漫游者”。“月球漫游者”在月球实现软着陆后,将在月球表面巡游。

月球车俱乐部

月球有许多神秘,也有很多宝藏。人类登陆月球的目的已经从考察到开发了。月球要建立基地、工厂、矿场、道路和机场。月球车已不仅仅局限于探测了。月球车的概念已发生变化,现在正朝乘坐类、运输类、居住类、科研类和工程类等发展。未来的月球车俱乐部,各种功能类型的月球车,展示各自优美的身姿。

美国“甲虫”探测车能执行高难度的危险任务,车轮能自动收缩。

月球巡行者

美国第一辆,也是世界上第一辆载人月球车叫做“巡行者-1”号。

“巡行者- 1”号月球车长3米,宽1.8米,重209千克,像一辆敞篷吉普车。它扩大了宇航员的活动范围和减少了体力消耗,存放和运输采集的岩石和月壤标本。“巡行者-1”载人月球车2座4轮驱动,以电池为动力,最高时速可达16千米,装备了摄像机、探测器、通信设备、勘探工具等。

“巡行者-1”月球车十分简单,采用强度极高的钛合金车架,尽量减轻重量,不用方向盘,使用操纵杆把握方向。它有4个可折叠的轮胎。“阿波罗”号飞船发射时,“巡行者-1”月球车藏在登陆舱的肚子里,在月球从登陆舱里开出来。

月球重力只有地球的六分之一,温差巨大。美国为了发明月球交通工具,设计了几十种方案的月球车轮胎,有弹跳型、摩托车型、履带型、拖拉机型等,但只有一种月球车登上月球。为了适应月球环境,月球车不能用橡胶轮胎。充气的橡胶轮胎很重,也经受不了白天120℃、晚上-180℃的温差。充气橡胶轮胎在没有大气压的月球极易爆胎。

科学家发明了一种空心的钢丝轮胎。最初的方案是用钛合金弹性片构成的巨型轮胎。经过无数次改进,最终方案是:钢丝轮胎。钢丝轮胎由铝制轮毂和直径83厘米的镀锌钢丝编织的轮胎组成,又轻又坚固。外胎直径81.8厘米、宽23厘米;内胎直径64.8厘米,由钛合金组成拱形承力结构。钛合金防滑条1厘米多,覆盖在外胎的正面,接地面积约50%。

1971年7月30日,“阿波罗-15”号飞船登陆月球,在亚平宁山脉圣乔治火山口附近的哈德利稳稳降落。月球表面停留时间66小时55分。宇航员收集月球标本,进行科学实验,安插美国国旗。

宇航员斯科特和艾尔文,第一个驾驶“巡行者-1”号月球车在月面上巡视颠簸,时间大约6小时,驰骋了27.9千米。他们以车代步,爬越障碍,翻越沟壑,对山脉、峡谷和环形山进行考察,并把激动人心的彩色图像传回地面。

300多年前,伽利略曾预言:哪怕在月球上,重力加速度的原理也是一样的。在离开月球前,斯科特用一把铁锤和一根采自美国老鹰的羽毛完成了一项伽利略梦想的实验:斯科特看见铁锤和羽毛在月球表面下降。实验证明:伽利略是正确的。

在月球上驾车奔驰,考验人类的智慧和科技。美国有3辆“巡行者”登上月球,6名宇航员驾车考察月球。1979年2月2日,邓小平参观位于得克萨斯州休斯敦市的约翰逊航天中心。邓小平坐在“巡行者”月球车上。卡特总统亲自为邓小平讲解登月的壮举。这张照片被保存在约翰逊航天中心的展览馆里。

“战车”月球车

2008年6月,美国国家航空航天局对最新载人月球车“战车”进行测试。

美国国家航空航天局推出了首辆多功能月球车,名为“战车”。“战车”好像一辆火车站的站台车,有12个轮子,由2个电动马达驱动,可两级变速:快挡和慢挡。由于月球重力只有地球重力的六分之一,因此在快速行驶时就会剧烈颠簸。全新概念的月球车具有极强的抗震、移动能力,不但能快速直行,还能像螃蟹一样横向移动。“战车”月球车分为两种模式:巡洋舰式月球车和推土机式月球车。

巡洋舰式月球车能以24千米/时的速度巡游。钢合金结构可混合承载多名乘员或大量负重,当然还有必不可少的小型密封驾驶室及采样仪。这个庞然大物比一般月球车大,可以载7到8人。

推土机式月球车是一种超猛的月球车。它能提供17.8千牛的推力。科学家将轻重量级推土机的推土设备装于月球车上,用于月球基地的大规模建设。

月球车还必须要有较高的智慧,包括导航、调整姿态等能力。实际上,每一个行星探测车都相当于一个机器人。“战车”探测车已在美国亚利桑那州沙漠完成验证测试和魔鬼测试。

月球房车

月球房车是美国当年为重返月球而设计的。它为太空探索带来变革。宇航员不必穿着笨重的宇航服,就能在月球表面远距离行走。这种月球房车主要用于月球基地的探测和建设。

月球房车主要由月球车底盘和增压舱组成,全新的电池系统提供工作动力。月球房车长4.5米,高3米,重3吨,负载1吨。月球房车诞生于名门之家——美国约翰逊航天中心。它主要分系统有:智能系统、电动行走系统、通信系统、生命保障系统、温度控制系统、电源系统、防护系统和摄像系统。

月球房车有两个电动马达,6对共12个车轮,时速可达16.9千米,行走距离可达1000千米。月球房车具有自重低和负载能力高的特点,并且可以与多种设备联合使用。

由于月球重力只有地球重力的六分之一,月球房车在快速行驶时就会剧烈颠簸。全新概念的月球车具有极强的抗振、移动能力。它不但能快速前进、后退,还能可以进行原地360°的转向,像螃蟹一样横向移动。

驾驶室在车子头部,装有7块特种大玻璃。宇航员坐在两个皮座椅上,可以看到外面景物,视野广阔。下部的一块玻璃,中间有一个可供拍摄的半球形观察口。月球房车的中间就是宇航员的房间,可睡觉沐浴。月球房车有较高的智慧,包括导航、调整姿态等能力。

宇航员在车内不必穿宇航服,只需穿着舒适保暖的衬衫就能够进行全面观察。在出舱考察、活动和采集岩石样本时,还须穿上宇航服。宇航服被固定在车后,与车子连接在一起。当需要外出行走时,宇航员从增压舱里钻进并穿好宇航服,只要10分钟。增压舱与宇航服分离后,宇航员就可以自由活动了。

2008年10月,美国国家航空航

天局在亚历桑那州北部的布莱克波因特试验月球房车。这里的环境荒凉异常,地表火山岩堆积,酷似月球表面。月球房车在粗糙的熔岩、沙漠地进行了长途旅行和魔鬼测试。宇航员坐在皮质座椅上,驾驶着月球房车在多岩石地区纵横驰骋。40°的山坡并不是障碍,月球房车显得毫不费力。

科学家们会利用各种不同的设计理念,制造出来各种新型探测车,让它们在自然条件不同的星球上工作。行星探测车的研制历史,不仅是一部机器人研制的历史,也是一部航天技术发展的历史。