“玉兔”獨巡月球村 為嫦娥三號的雷達天線月塵環(huán)境摸底試驗

玉兔號腹中有“秘器”

在玉兔號告別著陸器后，將在月球表面自主“行走”巡視探測，對月表進行三維光學成像、紅外光譜分析。此外，還將開展月壤厚度和結構科學探測，對月表物質主要元素進行現(xiàn)場分析等。項目組為試驗配備了粒子高速攝像儀、在線粒度分析儀等先進的分析測試儀器，用于監(jiān)控、測量試驗過程中的參數(shù)。為嫦娥三號的雷達天線、望遠鏡以及相機等5件有效載荷部件進行月塵環(huán)境摸底試驗。月球車并不是一輛車，而是一個長著輪子能夠適應惡劣空間環(huán)境，并開展空間科學探測的航天器，是一個低功耗、高智能的機器人。玉兔號月球車重約140千克，呈長方形盒狀，太陽翼收攏狀態(tài)下長1.5米，寬1米，高1.1米，有6個輪子，周身金光閃閃。為了方便在月球上開展科學探測任務，玉兔號上配置眾多寶貝，比如全景相機、測月雷達、粒子激發(fā)X射線譜儀、紅外光譜儀和粒子激發(fā)X射線譜儀。專家這樣形容它：肩插“太陽翼”，腳踩“風火輪”，身披“黃金甲”，腹中“秘器”多。“玉兔號”的巡游范圍可達5平方公里。它以太陽能為能源，具備20度爬坡、20厘米越障能力，并可耐受300攝氏度的溫差，還在車底安裝了雷達，將探測月球地表以下100米左右深度的地下結構。有專家指出，這是前人從未做過的，將對月球次表層探測做出貢獻。據(jù)中國繞月探測工程首任首席科學家歐陽自遠介紹，月球車能完全自主導航，在月亮上可以根據(jù)照相機拍到的四周情況，自己決定該走哪條路；可以自主避障，前面有大石頭擋住了，知道怎么避開障礙；還可以自動上坡下坡，能走它就走，走不過去就繞著走。著陸器的設計壽命是一年，月球車則只有3個月。它們將在完成任務后永遠留在月球。“它們工作結束后，沒有打算拿回來，也不可能把它們拿回來，設計時沒這樣考慮。壽命時間過后，就看它的生存能力。”中國探月工程總設計師吳偉仁表示。分析玉兔巡月球首要風險是月塵月球車在月面“行走”也是存在風險的。據(jù)了解，月壤細粒會大量揚起，形成月塵，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(tǒng)靈敏度下降等。美國宇航員從月球返回后曾說，人類探索月球遇到的首要麻煩就是月塵環(huán)境。如何讓月球車在行進時不揚起這些灰塵？我國科研人員通過月塵和真空模擬試驗找到了答案。細微月塵易“瞇眼”為了模擬月球環(huán)境，項目組與真空技術專家一起，在有細微模擬月塵的環(huán)境中制造了真空環(huán)境，科研人員在這個環(huán)境下分別研究了無花紋、直花紋、斜花紋等仿真車輪的揚塵試驗，記錄下三種花紋車輪的臨界起塵點，車輪轉速與起塵高度，揚塵顆粒的速度、尺寸范圍、運動軌跡和范圍等試驗數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，空氣狀態(tài)下的揚塵現(xiàn)象受氣流擾動影響極大，與真空狀態(tài)下的試驗規(guī)律完全不同，為解決月面巡視探測及未來載人巡視器車輪揚塵問題提供了重要參考和依據(jù)。月面覆蓋了一層厚度不等的月壤，這些月壤約95%的顆粒尺度為毫米級，約50%顆粒為60微米級。如此微小的塵埃，如果蒙在月球車的相機鏡頭上，就等于罩住了“眼睛”，如果進入一些敏感儀器，可能影響工作效率，甚至導致故障。為了研究和評價月塵環(huán)境對巡視器部組件的影響，航天科技集團五院的月塵環(huán)境項目組進行了系列技術攻關，模擬月塵和月球環(huán)境是兩大難關?？蒲腥藛T研制出了成分、密度、顆粒分布以及顆粒幾何形狀上近似于真實狀況的模擬月塵，并可根據(jù)需要配制出任意比例的模擬月塵。試驗中，要求在工件上均勻淋灑月塵，每平方米20克，相當于要把半勺的鹽均勻地灑在1平方米的地方。防塵密封圈需經(jīng)耐熱耐寒考驗乘坐阿波羅號登月的宇航員在回憶錄里曾這樣描述初登月球時的震撼情景：月亮上沒有風，月塵揚起后，會長時間懸浮在半空中落不下來。由于月塵帶有靜電，容易吸附在巡視器表面或侵蝕巡視器的活動部件，因此防塵密封圈就變得格外重要。別看密封圈小，研制人員足足花費了兩年的時間才找到合適的配方。他們對設計出來的每一種配方都進行了高溫壓縮永久變形測試、壓縮耐寒系數(shù)測試、耐熱空氣老化測試等多項測試，通過數(shù)十次試驗，終于確定了配方。由于月塵的直徑不足1毫米，甚至只有幾微米，因此必須把密封圈的尺寸做得恰到好處，松了月塵就會進入，緊了就會被磨損，這對工藝與制作能力提出了苛刻的要求。