原標題:“玉兔”為省電隔14天需休眠
11月26日,國防科工局宣布,備受矚目的中國首輛月球車——嫦娥三號巡視器,正式定名“玉兔號”。“玉兔號”月球車,將實現中國人與月球首次“零距離接觸”的夢想。那么,“玉兔”將如何完成探月之旅呢?專家介紹,“玉兔”想要在月球上圓滿完成任務,需要闖過五道關。
難關1
14天“黑暗期”如何熬過?
月球繞地球轉一圈需要28天多,月球自轉也是28天。這意味著,月球上的一晝夜相當于地球上的28天,月球上的一個夜晚相當于地球上的14天。這意味著在長達近半個月的時間里,月球車無法指望太陽能供電,它究竟要怎樣開源節流,才能熬過漫長黑夜?
經歷極低溫度后,“月夜喚醒”又是一個難題。
應對:太陽能面板+“暖寶”
為此,科研人員為“玉兔”號精心設計了休眠模式——14天工作,14天“睡覺”。
該“睡覺”的時候自動進入休眠狀態養精蓄銳,該“起床”的時候又能自動喚醒重新投入工作。這種“日出而作,日落而息”的規律作息,極大地增強了“玉兔”號適應月表惡劣環境的生存能力。
中國空間科學學會空間探測專業委員會副主任焦維新接受《法制晚報》記者采訪時表示,對于一些特別嬌嫩的設備,車內還專門準備了“暖寶”——月球車將首次使用我國自主研制的原子能電池,接受嚴寒、酷暑的考驗。
其熱控系統將通過同位素熱源、隔熱組件、散熱面設計等組件,使工作時的艙內溫度控制在20℃至55℃之間。
“古人把月亮稱為廣寒宮,一點都不假。月面夜間最低溫度可以降至零下180℃,電子設備根本無法工作。”探月工程副總指揮、探月與航天工程中心主任李本正接受媒體采訪時表示。
由于月球沒有大氣層,溫度的變化全由陽光直接決定,所以日間最高溫度可達150℃,晝夜溫差高達330℃;而且因為月壤的熱導率極低,即使在日間,只要月球車的一個部件處在陰影下,陰影中與陰影外的溫差同樣高達300℃,是一個徹底的“冰火兩重天”。
難關2
日夜溫差高達330度如何適應?
測控系統主任設計師張波介紹,“白天時,月球車的太陽能電池帆板要調整角度,避免被陽光照射得太熱。最熱的月午,月球車還要進行‘午休’。”張波介紹,“玉兔”號設計壽命為3個月,這意味著其要經歷3個月球白天和3個月球黑夜。所有的工作,要在月球時間的“上午”和“下午”完成。
難關3月球松軟灰塵可能進入設備
月球車在月面“行走”風險重重。由于太陽紫外線輻射的影響,月壤細粒會周期性的升起,而月球重力僅為地球的1/6,月球車行走時更容易帶起大量月壤細粒,形成月塵。月塵可能進入甚至覆蓋月球車所載儀器設備,一旦附著很難清除。月塵可能引起月球車很多故障,包括機械結構卡死、密封機構失效、光學系統靈敏度下降等。
此外,由于月球重力僅為地球的1/6,這使得月球表面的土壤遠比地球上松軟,月球車的行進效率會降低。而低重力導致的摩擦系數降低,使得在月球上行走遠比地球上容易打滑,這對月球車的控制系統提出了更高的要求。
應對:控制姿勢等方式消除月塵
美國田納西大學的科學家們提出,利用磁場制作月球空氣過濾器的設想。利用多個永久磁鐵產生一個巨大的磁場,以吸附空氣中的月球塵埃微粒。而關掉過濾器,就能把塵土擦掉。
專家認為,這為我國月球車的研制提供了一些新的思路。焦維新表示,月球車會通過控制姿勢等方式消除月塵。
難關4崎嶇“月球路”玉兔坎坷行
全程參與研制的主任設計師肖杰說,月球重力是地球的六分之一,表面土壤非常松軟,凹凸不平,有石塊、有隕石坑,還有陡峭的高坡。在這種環境中,月球車既不能打滑,更不能翻車。
想要克服這些困難,“玉兔”號必須具備“眼觀六路、耳聽八方”“獨立思考、自主判斷”的本領。
應對:有4只“眼睛”能夠自主判斷安全避讓
肖杰介紹,“玉兔”號有4只“眼睛”,分別是全景相機和導航相機。通過相機觀察周圍環境,對月面障礙進行感知和識別,然后對巡視的路徑進行規劃。遇到超過20度的斜坡、高于20厘米的石塊或直徑大于2米的隕石坑,能夠自主判斷安全避讓。
為了適應月球的惡劣“路況”,“玉兔”號對“車輪”要求極高。僅此一項攻關,科研人員就絞盡腦汁。
研制中,科研人員曾拿出四輪、六輪、八輪以及履帶式等幾十種方案。最終,“六輪獨立驅動,四輪獨立轉向”的方案,憑借高可靠性和低重量的完美結合一舉勝出。
難關5遭受多種宇宙射線輻射
因為缺乏大氣,登陸后的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,這對接收系統的最大接收功率提出了相當高的要求。
月球每天都會直接面對超新星與太陽風暴等大量宇宙射線,而當宇宙射線擊中月球表面時,會引發微型的核反應,其結果就是月球表面也產生大批危險的次級輻射。
“玉兔”被設計為身披“黃金甲”,目的不是為好看,而是為了反射月球白晝的強光,降低晝夜溫差,同時阻擋宇宙中各種高能粒子的輻射。所有這一切,都是為了支持和保護月球車的腹中“秘器”——紅外成像光譜儀、激光點陣器等10多套科學探測儀器。
本版文/記者李洪鵬綜合《解放軍報》、新華社報道