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月球溫差達(dá)330攝氏度 “玉兔”見招拆招

來源: 人民網(wǎng)  
2013-12-16 10:08:51
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  12月15日,嫦娥三號(hào)月球探測器的著陸器和巡視器成功實(shí)現(xiàn)兩器分離和互拍,月球車“玉兔”即將開始在月球的科考生活。在荒涼的月球上,“玉兔”將面臨一系列困難。本報(bào)記者采訪有關(guān)專家,詳解“玉兔”將如何見招拆招。

  制導(dǎo)導(dǎo)航與控制分系統(tǒng):讓“玉兔”看清、辨明、走正

  在月球上巡視,“玉兔”首先要解決三個(gè)問題:“我在哪里?”“我要去哪里?”和“我怎樣去到那里?”解決了這三個(gè)問題,才能在陌生的月面上看得清、辨得明、走得正。

  這三個(gè)問題,都由制導(dǎo)導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)回答。

  針對(duì)月面低重力、弱磁場、真空和輻射等環(huán)境,設(shè)計(jì)師最終確定了導(dǎo)航定姿定位方案,使巡視器擁有了辨明方向的能力,成為巡視器實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)和對(duì)地通訊的根本。

  針對(duì)月塵、陰影、揚(yáng)塵等問題,設(shè)計(jì)師們確定了由兩對(duì)相機(jī)組成的雙目立體視覺系統(tǒng)方案,并針對(duì)陰影情況,設(shè)計(jì)了新的設(shè)備,讓“玉兔”能看得清,看得遠(yuǎn),視野寬。

  至于“怎樣去到那里”,設(shè)計(jì)師們最終確定了六輪驅(qū)動(dòng)和四輪轉(zhuǎn)向協(xié)調(diào)控制的控制方法:月球車的6個(gè)輪子可獨(dú)立驅(qū)動(dòng),其中4個(gè)角輪還具有轉(zhuǎn)向能力。既控制月球車6個(gè)輪子協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),還考慮了月面松軟月壤下的輪土接觸力學(xué)關(guān)系、減少滑移和側(cè)滑等現(xiàn)象,最終可使月球車沿規(guī)劃路線安全到達(dá)目標(biāo)。

  太陽翼:可重復(fù)展開,收攏后像“保溫毯”

  月球上的月晝持續(xù)約14天,溫度高達(dá)150攝氏度,月夜也持續(xù)約14天,溫度低至-180攝氏度。面對(duì)巨大溫差,“玉兔”將使用太陽翼來應(yīng)對(duì)。

  月晝時(shí),月球車在月面行駛并進(jìn)行一些科學(xué)探測活動(dòng),這時(shí)就要求月球車的太陽電池翼展開對(duì)日定向提供動(dòng)力,而在月午溫度較高期間,太陽翼能豎起并展開為月球車遮陽;月夜來臨,月球車停止行駛和工作進(jìn)入睡眠狀態(tài),其“腹腔”內(nèi)的機(jī)電產(chǎn)品、設(shè)備完全暴露在極寒溫度下,這時(shí)候太陽電池翼能夠收攏,就猶如在“腹腔”上蓋了一條毯子,起到保溫的作用。

  據(jù)技術(shù)人員介紹,目前,國內(nèi)航天器太陽翼的展開大都是采用同一展開方向、一次性連續(xù)展開的方案,而嫦娥三號(hào)月球車的太陽翼需要重復(fù)展開。月球車太陽翼的研制面臨多個(gè)難點(diǎn):受月球車運(yùn)載能力的限制,包含多個(gè)機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的太陽翼的重量必須不大于5.8千克;月面上還存在細(xì)小的月塵顆粒,侵入的月塵會(huì)加重活動(dòng)機(jī)械表面的磨損,降低機(jī)構(gòu)使用壽命,因此需要考慮月塵防護(hù)……最終確定了兩翼展開式設(shè)計(jì)方案,一邊的太陽翼為一次展開并鎖定在位置上,另一邊的太陽翼則可以重復(fù)展開。

  密封圈:阻止月塵入侵

  小小的月塵,對(duì)月球車來說,卻是大大的威脅。月塵是月球表面粒徑小于1毫米的顆粒,別看它個(gè)兒小,破壞力卻很強(qiáng),它吸附在太陽電池陣上就會(huì)導(dǎo)致輸出功率下降,吸附在月面巡視器表面就會(huì)導(dǎo)致熱控材料的散熱性能減弱,小小的防塵密封圈成為嫦娥三號(hào)在月球表面正常工作的必要保障。密封圈磨損將直接影響到月面巡視器的使用壽命。

  對(duì)防止月塵的密封圈來說,普通的橡膠或者塑料無論是經(jīng)歷-180攝氏度的低溫還是150攝氏度的高溫都會(huì)發(fā)生老化、變形。機(jī)械密封仿佛是比較好的選擇,但機(jī)械密封太重太奢侈,被設(shè)計(jì)師們一票否決。因此,還得從輕盈的塑料和橡膠入手。但確定密封圈的原材料及配方并不是一個(gè)簡單的過程,每一次新配比的材料都要經(jīng)過多項(xiàng)測試和考驗(yàn),還需經(jīng)過硬度、磨耗系數(shù)等數(shù)項(xiàng)測試。最后,設(shè)計(jì)師們找到了合適的材料,圓滿解決了防塵密封圈的選材問題。

  休眠喚醒:日出而作,日落而息

  一個(gè)月夜長達(dá)14天,在這14天的月夜里,如果僅依靠蓄電池提供能量,就需要自帶很大的蓄電池,而探測器重量又是受限制的。面對(duì)這一難題,研制人員提出了“休眠喚醒”的概念。依靠休眠喚醒功能,著陸器和巡視器日出而作,日落而息,而不用為能源的問題擔(dān)憂。

  太陽緩緩升起,著陸器和巡視器便開始了忙碌的14天。著陸器在原地實(shí)施科學(xué)探測任務(wù),巡視器則“東奔西走”開始探測。當(dāng)月夜降臨,它們各自關(guān)掉所有用電設(shè)備,最后關(guān)掉儲(chǔ)能設(shè)備蓄電池組,便進(jìn)入休眠狀態(tài)。漫長的月夜里,它們“不吃不喝”,保存“體力”,等待著月晝醒來。月晝來臨,它們醒后再喚醒自己帶的“裝備”,開始一個(gè)新月晝的勘測。

關(guān)鍵詞:玉兔,月球,休眠責(zé)任編輯:李雪曼