▲月球車(chē)1號(hào)離開(kāi)著陸器進(jìn)行巡視探測(cè)示意圖

▲“玉兔” 號(hào)月球車(chē)

尤金·塞爾南駕駛著阿波羅17號(hào)的月球車(chē)

　　龐之浩

　　新聞背景

　　22日，“玉兔” 號(hào)月球車(chē)第三次進(jìn)入月夜休眠。在進(jìn)入第二個(gè)月夜休眠前，“玉兔” 號(hào)出現(xiàn)了機(jī)構(gòu)控制異常情況，后來(lái)雖然被喚醒，但問(wèn)題仍然存在。

　　事實(shí)上，在人類(lèi)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(jì)，1958年至今，世界上共進(jìn)行了130次月球探測(cè)活動(dòng)，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(shí)期，前蘇聯(lián)共開(kāi)展了64次月球探測(cè)，發(fā)射了4個(gè)系列64個(gè)月球探測(cè)器，成功21次，成功率僅為32.8%。美國(guó)探月也不是一帆風(fēng)順，共開(kāi)展了54次月球探測(cè)，包括10次載人探索，發(fā)射了7個(gè)系列54個(gè)探測(cè)器，成功35次，成功率65%。

　　月球車(chē)是進(jìn)行月球表面探測(cè)的重要工具之一。按照探測(cè)方式分，月球車(chē)一般分為兩類(lèi)：一類(lèi)是無(wú)人駕駛的月球探測(cè)車(chē)，它由輪式底盤(pán)和儀器艙組成，載有多種科學(xué)探測(cè)設(shè)備，用太陽(yáng)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(cè)，前蘇聯(lián)在20世紀(jì)70年代發(fā)射的月球車(chē)1號(hào)、2號(hào)屬于這類(lèi)月球車(chē)。另一類(lèi)是有人駕駛的載人月球車(chē)，它主要作為航天員在月面活動(dòng)的交通工具，用于擴(kuò)大航天員的活動(dòng)范圍和減少航天員的體力消耗，并隨時(shí)存放航天員收集的巖石和土壤標(biāo)本，乘阿波羅15號(hào)、16號(hào)、17號(hào)載人飛船登月的美國(guó)航天員，曾使用這種類(lèi)似電瓶車(chē)的月球車(chē)在月面活動(dòng)。

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

　　就拿無(wú)人月球車(chē)來(lái)說(shuō)，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(hào)，著陸后所攜的月球車(chē)因地面不平發(fā)生翻滾。而成功發(fā)射、運(yùn)行的月球車(chē)1號(hào)、2號(hào)也命運(yùn)不同，其中月球車(chē)1號(hào)在月面工作了10個(gè)月，而月球車(chē)2號(hào)由于中途出現(xiàn)故障只工作了4個(gè)月。月球車(chē)2號(hào)在地面操控下駛?cè)胍粋�(gè)撞擊坑考察巖石時(shí)，由于輪子在疏松凹陷的月壤中空轉(zhuǎn)，在倒車(chē)時(shí)坑壁的月壤撞落到月球車(chē)太陽(yáng)能電池板和散熱器表面，導(dǎo)致供電驟減，車(chē)內(nèi)過(guò)熱，數(shù)日后月球車(chē)與地面徹底失去聯(lián)系。

　　20世紀(jì)90年代至今仍出現(xiàn)過(guò)探月故障。1990年1月，日本發(fā)射“飛天”號(hào)月球軌道器，“飛天”號(hào)接近月球后與地面失去聯(lián)系，未獲得探測(cè)成果。2008年10月，印度的“月船”1號(hào)繞月探測(cè)器，其設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)控、入軌、著陸、返回等帶來(lái)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(zhǎng)月夜、強(qiáng)輻射、高真空、弱重力、無(wú)磁場(chǎng)、坑很多、月塵多、月壤細(xì)且松軟等，這其中的任何一項(xiàng)都會(huì)對(duì)月球車(chē)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(yáng)紫外線輻射的影響，月壤細(xì)粒會(huì)周期性地升起，月球重力是地球的1/6，月球車(chē)行走時(shí)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(chē)所載儀器設(shè)備，一旦附著很難清除。月塵可能引起月球車(chē)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(chē)受到了微粒非常細(xì)小的月球塵埃影響，月球塵埃會(huì)使軸承、齒輪和密封的其他機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磨損。月球表面塵埃帶電，會(huì)給太陽(yáng)能電池、光學(xué)器件等帶來(lái)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(chē)移動(dòng)性能直接相關(guān)。

　　因?yàn)槿狈Υ髿�，月球�?chē)將完全暴露在多種宇宙射線下，強(qiáng)烈的電磁輻射可能破壞電子遙控系統(tǒng)，這對(duì)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(huì)直接面對(duì)超新星與太陽(yáng)風(fēng)暴等大量宇宙射線，而當(dāng)宇宙射線擊中月球表面時(shí)，會(huì)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(xiǎn)的次級(jí)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(huì)降低月球車(chē)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(duì)月球車(chē)的控制系統(tǒng)提出了更高的要求。在這種情況下，月球車(chē)既不能打滑下陷，還要能爬坡越障，需具備“眼觀六路、耳聽(tīng)八方”“獨(dú)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(yáng)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(huì)降到-180℃，有些地區(qū)甚至低至-200℃。所以長(zhǎng)達(dá)十多個(gè)地球日的漫長(zhǎng)月夜、超過(guò)300℃的晝夜溫差，都可能成為月球車(chē)的“健康殺手”。因?yàn)楹芏嘣O(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(huì)被凍壞的，即使天亮后太陽(yáng)出來(lái)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(yáng)能電池發(fā)電來(lái)保溫。月球車(chē)的溫度太高也不行，要控制在50℃以內(nèi)。

　　月面巡視過(guò)程中的自主導(dǎo)航與遙控操作也很難。巡視探測(cè)任務(wù)要求月球車(chē)能夠進(jìn)行視覺(jué)定位，即對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行感知，自主完成近距離障礙識(shí)別和局部路徑規(guī)劃、多輪運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制和避障或越障，實(shí)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。

　　延伸閱讀

　　地面試驗(yàn)驗(yàn)證

　　難度很大

　　在月球車(chē)的研制過(guò)程中，科研人員要對(duì)月球環(huán)境進(jìn)行大量模擬、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試，以便采取多種措施應(yīng)對(duì)，包括近百種應(yīng)急預(yù)案。但用月球車(chē)進(jìn)行巡視探測(cè)的一大難點(diǎn)就是發(fā)射前在地面試驗(yàn)驗(yàn)證難，而且人類(lèi)對(duì)月球復(fù)雜環(huán)境了解有限，所以在實(shí)際探測(cè)中還會(huì)遇到很大風(fēng)險(xiǎn)、很大挑戰(zhàn)。

　　月球探測(cè)是一項(xiàng)非常復(fù)雜并具高風(fēng)險(xiǎn)的工程，在探月過(guò)程中出現(xiàn)異常在所難免。任何一項(xiàng)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?yàn)槿祟?lèi)對(duì)月球和其它地外星球知之甚少，而且距離遙遠(yuǎn)，探測(cè)它們必須冒很大風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)歷各種考驗(yàn)，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。

　　（作者為《國(guó)際太空》雜志執(zhí)行主編、北京空間科技信息研究所研究員）