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月球温差达330摄氏度 “玉兔”见招拆招

来源: 人民网  
2013-12-16 10:08:51
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  12月15日,嫦娥三号月球探测器的着陆器和巡视器成功实现两器分离和互拍,月球车“玉兔”即将开始在月球的科考生活。在荒凉的月球上,“玉兔”将面临一系列困难。本报记者采访有关专家,详解“玉兔”将如何见招拆招。

  制导导航与控制分系统:让“玉兔”看清、辨明、走正

  在月球上巡视,“玉兔”首先要解决三个问题:“我在哪里?”“我要去哪里?”和“我怎样去到那里?”解决了这三个问题,才能在陌生的月面上看得清、辨得明、走得正。

  这三个问题,都由制导导航与控制分系统回答。

  针对月面低重力、弱磁场、真空和辐射等环境,设计师最终确定了导航定姿定位方案,使巡视器拥有了辨明方向的能力,成为巡视器实现能源供应和对地通讯的根本。

  针对月尘、阴影、扬尘等问题,设计师们确定了由两对相机组成的双目立体视觉系统方案,并针对阴影情况,设计了新的设备,让“玉兔”能看得清,看得远,视野宽。

  至于“怎样去到那里”,设计师们最终确定了六轮驱动和四轮转向协调控制的控制方法:月球车的6个轮子可独立驱动,其中4个角轮还具有转向能力。既控制月球车6个轮子协调运动,还考虑了月面松软月壤下的轮土接触力学关系、减少滑移和侧滑等现象,最终可使月球车沿规划路线安全到达目标。

  太阳翼:可重复展开,收拢后像“保温毯”

  月球上的月昼持续约14天,温度高达150摄氏度,月夜也持续约14天,温度低至-180摄氏度。面对巨大温差,“玉兔”将使用太阳翼来应对。

  月昼时,月球车在月面行驶并进行一些科学探测活动,这时就要求月球车的太阳电池翼展开对日定向提供动力,而在月午温度较高期间,太阳翼能竖起并展开为月球车遮阳;月夜来临,月球车停止行驶和工作进入睡眠状态,其“腹腔”内的机电产品、设备完全暴露在极寒温度下,这时候太阳电池翼能够收拢,就犹如在“腹腔”上盖了一条毯子,起到保温的作用。

  据技术人员介绍,目前,国内航天器太阳翼的展开大都是采用同一展开方向、一次性连续展开的方案,而嫦娥三号月球车的太阳翼需要重复展开。月球车太阳翼的研制面临多个难点:受月球车运载能力的限制,包含多个机构产品的太阳翼的重量必须不大于5.8千克;月面上还存在细小的月尘颗粒,侵入的月尘会加重活动机械表面的磨损,降低机构使用寿命,因此需要考虑月尘防护……最终确定了两翼展开式设计方案,一边的太阳翼为一次展开并锁定在位置上,另一边的太阳翼则可以重复展开。

  密封圈:阻止月尘入侵

  小小的月尘,对月球车来说,却是大大的威胁。月尘是月球表面粒径小于1毫米的颗粒,别看它个儿小,破坏力却很强,它吸附在太阳电池阵上就会导致输出功率下降,吸附在月面巡视器表面就会导致热控材料的散热性能减弱,小小的防尘密封圈成为嫦娥三号在月球表面正常工作的必要保障。密封圈磨损将直接影响到月面巡视器的使用寿命。

  对防止月尘的密封圈来说,普通的橡胶或者塑料无论是经历-180摄氏度的低温还是150摄氏度的高温都会发生老化、变形。机械密封仿佛是比较好的选择,但机械密封太重太奢侈,被设计师们一票否决。因此,还得从轻盈的塑料和橡胶入手。但确定密封圈的原材料及配方并不是一个简单的过程,每一次新配比的材料都要经过多项测试和考验,还需经过硬度、磨耗系数等数项测试。最后,设计师们找到了合适的材料,圆满解决了防尘密封圈的选材问题。

  休眠唤醒:日出而作,日落而息

  一个月夜长达14天,在这14天的月夜里,如果仅依靠蓄电池提供能量,就需要自带很大的蓄电池,而探测器重量又是受限制的。面对这一难题,研制人员提出了“休眠唤醒”的概念。依靠休眠唤醒功能,着陆器和巡视器日出而作,日落而息,而不用为能源的问题担忧。

  太阳缓缓升起,着陆器和巡视器便开始了忙碌的14天。着陆器在原地实施科学探测任务,巡视器则“东奔西走”开始探测。当月夜降临,它们各自关掉所有用电设备,最后关掉储能设备蓄电池组,便进入休眠状态。漫长的月夜里,它们“不吃不喝”,保存“体力”,等待着月昼醒来。月昼来临,它们醒后再唤醒自己带的“装备”,开始一个新月昼的勘测。

关键词:玉兔,月球,休眠责任编辑:李雪曼