嫦娥四号月球探测器及玉兔二号月球车的伟大成就与科学探索

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2019年1月3日，我国嫦娥四号月球探测器实现人类探测器首次在月球背面软着陆。此后，玉兔二号月球车与着陆器分离，成功与“鹊桥”中继星建立独立数据传输链路，完成环境感知和路径规划，按计划在月面行走至A点搭载出来科学研究。探索并成为世界上第一个在月球背面运行的月球车。截至2019年5月11日，玉兔二号月球车已完成农历五号科学探测工作。按照总体规划移动，共行驶190.66米。运动过程中，玉兔二号按计划组织实施巡视红外光谱仪、全景相机、中性原子探测器、探月雷达等有效载荷的开机检测，地面接收到的有效载荷数据传输数据普通的。

人类探索月球的科学内涵不断拓展，它包括三个方面：月球上的科学、月球上的科学、来自月球的科学。按照这一构想，未来的探月不仅需要发射轨道飞行器对月球进行普查，还要进行更多的月面活动，对月球进行详细的普查。从探测数据获取的直接性和丰富性来看，软着陆和巡测是其他探测形式无法替代的，在空间探测技术的发展中占据着非常重要的地位。因此，利用月面巡视探测器（或月球车）对月球进行探测非常重要。

两种类型的月球车

月球车是月球表面探测的重要工具之一。根据探测方式，月球车一般分为两类：

一是无人月球车。它由轮式底盘和一些其他设备组成，并携带多种科学检测仪器。它由太阳能电池、蓄电池和核电池组合供电。它依靠地面遥控指令或自主控制对月球表面进行巡逻和探测。苏联20世纪70年代发射的月球车一号、二号和我国的玉兔一号、二号月球车就属于此类。它们主要用于月球表面的巡逻和探测。

另一种是载人月球车。它主要用作宇航员在月球表面移动的交通工具。用于扩大航天员的活动范围，减少航天员的体力消耗。它还可以随时存储宇航员采集的岩石和土壤样本。美国阿波罗15号、阿波罗16号、17号载人登月飞船的宇航员，就利用这种高尔夫球车一样的月球车在月球表面走动。除了进行科学研究和采集月球岩石样本外，他们还利用飞行器上的摄像头和传输设备将宇航员在月球表面活动的场景以及离开月球表面时的场景传回地球。

迄今为止，世界上共有7艘月球车成功发射运行，分别是苏联月球车一号和二号（分别由月球十七号和月球二十一号探测器组成），用于对月球进行无人巡视和探测。月球表面。发布的）、中国的玉兔一号和二号（分别由嫦娥三号和四号月球探测器发布）以及用于运送宇航员到月球进行科学探索的美国三辆载人月球车（分别由阿波罗号发布的载人登月飞船）于15日、16日、17日发布）。

苏联月球车一号车轮特写

玉兔二号使用的筛轮

按行走方式，月球车可分为轮式、腿式、蛇式、轮腿式、跳跃式、履带式、滑行式、气囊式、履带轮式和螺旋滚筒式等。但目前使用的月球车都是轮式的，分为四轮、六轮和八轮三种类型。

要求比较高

无人月球车是一种在月球表面进行巡逻和探测的行走装置。它需要适应月球环境，携带科学探测仪器在月球表面巡视探测，并将探测数据传回地球。因此，无人月球车实际上是一种可以在月球上移动并完成探测任务的机器人。其主要功能是：装载科学检测仪器，并为仪器提供电源、温控、测控等正常工作条件；在月球上行走并进行勘察；并将探测到的科学数据传回地球。

从技术上来说，月球车必须能够适应月球辐射强、重力低（月球重力是地球的1/6，月壤很软，行驶效率会降低）、复杂道路等条件（月球表面凹凸不平，月球车的轮子不能打滑、侧翻，可以前进、后退、转弯、爬升、取物、采样、翻身）、温差大（月球车的温差大）月球上的一天大约是310°C）等不利条件，并具有独立工作的能力（达到初级人工智能，如识别、攀爬或绕过障碍物等）。

该月球车用于拍摄月球表面的高分辨率图像；探索月球材料和资源；研究月球地形、地质、形态特征以及表面辐射和环境；分析月壤的化学成分和物理机械特性；进行检查并从月球表面收集岩石样本等。

同样的道理，由于月球环境比地球恶劣得多，载人月球车的要求也比载人地球车高得多。布什总统执政期间，美国为了重返月球实施了星座计划。为此，它开发了密封月球车，这意味着宇航员在车内不需要穿着登月服。不过，随着星座计划的取消，这种月球车就没有了。

国外专家也提出了许多载人月球车计划，如月球摩托车、火箭单座车、月球拖车、月球轨道巴士、中型探月车、客货两用月球车、两座多用途月球车等。 - 专用高速月球车。高性能小型月球车等，但都没有投入实际使用。

苏联月球车

1970年11月10日和1973年1月8日，苏联使用质子运载火箭发射了月球质子17号和月球21号月球探测器。月球17号在月球背面的雨海软着陆，月球21号在月球背面的梅恩陨石坑软着陆。月球17号和月球21号分别搭载的月球车1号和2号基本相同。两者均配备8个车轮，车长2.13米，轴距1.70米，轮径0.51米，宽度0.51米。 0.20米，车轮功率范围0.1米，行驶速度1～2公里/小时，可爬30°坡。电源采用太阳能电池阵列+蓄电池。在月夜，它使用钋210放射性同位素元件加热器。保持温暖。不同的是，月球车1号质量为756公斤，配备有2根天线、4台相机、月壤探测器、X射线光谱仪、X射线望远镜、宇宙射线探测器和激光设备等科学仪器。它在月球表面行驶了10.5公里，工作了10个月，然后因缺乏能量而停止。  2 的质量为 840 公斤。它配备了三台相机、月壤探测器、太阳X射线实验仪器、天文光度计、磁力计、辐射计等科学仪器。它在月球表面行驶了37公里。经过四个月的工作，地面人员可以利用月球车二号发回的图像来指导其在月球表面行走。此外，与月球车1号相比，月球车2号在结构上进行了改进，移动速度有所提高，相机性能有所提高，活动范围也大大增加。

苏联月球车一号离开着陆器进行检查探索示意图

月球1号拍摄了2万多张照片，对500个地点进行了物理土壤测试，对25个地点进行了土壤化学分析，总调查面积近1000平方米。此外，它还收集了大量的月球表面辐射数据。月球车2号拍摄并发回了86张全景照片和8万多张电视图片。

美国月球车

1971年7月至1972年12月，美国发射了阿波罗15号、16号和17号载人登月飞船。各自都配备了折叠载人月球车，而且基本都是一样的。它可以在月球表面的低重力和真空环境中行驶，从而扩大了宇航员的舱外活动范围。每辆“阿波罗”月球车质量约210公斤，长3米，轴距2.3米，高1.1米。它有4个轮子（每个轮子由发动机驱动，由电池供电，轮胎在-100℃低温下仍能保持弹性。动力源采用银锌氢氧化钾一次性电池。它可以行驶速度为每小时10至12公里，可承载约490公斤的有效载荷。该车配备2个并排的可折叠座椅，每个座椅均配有可调节踏板和安全带。安装的宇航员通过位于两个座椅之间的T形手动控制器来控制漫游车，手柄前部有一个控制和显示模块，显示当前的速度、方向、功率和温度状况。最高时速可达每小时16公里，宇航员坐在里面驾驶它在月球表面巡航，用汽车代替交通工具，翻越障碍和沟壑，巡视山脉、峡谷和火山口，拍摄激动人心的彩色照片。图像被传输回地面。

阿波罗15号月球车总共行驶了27.76公里，总时间为3小时2分钟。单次最长行驶距离为12.47公里。距离登月舱最远距离为5公里。它收集了大约 77 公斤的月球样本。

阿波罗16号月球车总共行驶了26.55公里，总时间为3小时26分钟。单次最长行驶距离为11.59公里。距登月舱最远距离为4.5公里。它收集了大约 96 公斤的月球样本。

美国宇航员尤金·塞尔南驾驶阿波罗 17 号载人月球车

阿波罗17号月球车总共行驶了35.89公里，总时间为4小时26分钟。单次最长行驶距离20.12公里。距登月舱最远距离为7.6公里。它收集了111公斤月球样本。在阿波罗17号任务中，随着月球车和宇航服可靠性的提高，月球车行驶距离的限制得到缓解，因此宇航员驾驶月球车的距离最长。

当宇航员使用月球车时，他们会受到非常细小的月球尘埃的影响。月球尘埃会​​导致其他机械结构中的轴承、齿轮和密封件磨损。另外，月球车行驶时，车轮下方喷出大量灰尘，高度超过2米，对宇航员的巡视任务造成一定影响。

中国月球车

2013年12月2日、2018年12月8日，我国在西昌卫星发射中心利用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥三号、嫦娥四号月球探测器。嫦娥三号在月球背面彩虹湾地区软着陆，嫦娥四号在月球背面艾特肯盆地软着陆。

嫦娥三号和嫦娥四号月球探测器分别搭载的玉兔号和玉兔二号月球车在外观和重量上基本相同。但由于着陆环境和科学目标不同，功能和有效载荷存在一些变化。 。

玉兔号月球车进行了专门的野外测试。月球车后面的吊车模拟了月球表面的重力环境，将玉兔号轻轻吊起。

玉兔号和玉兔二号均用于检查、收集和分析月球表面的样本。它们长1.5米，宽1米，高1.1米。它们的设计寿命为 3 个月。采用6轮主副摇臂悬架移动式配置，可6轮独立驱动，4轮独立转向，爬坡能力达20°。它具有自主越过和避让斜坡障碍物以及20厘米高障碍物的能力，最快移动速度为200米/小时。

由于玉兔二号在月球背面崎岖地区进行巡视探测，鉴于月球背面复杂的地形条件、中继通信的新要求、巨大的温差以及月球背面的实际需求，科学目标方面，玉兔二号是在玉兔二号月球车的基础上进行了适应性改变和有效载荷配置调整，并在运动安全、能源供应、科学探测、测控通信等方面进行了专门设计。例如，尽量减少电缆的裸露面积，以降低电缆故障的风险；系统在软件方面也进行了升级，以更好地应对各种突发情况；它还让它能够独立睡眠、响应光线遮挡、自主避障能力等方面得到显着提升。

嫦娥四号着陆器地形相机拍摄的玉兔二号A点图像

因此，与玉兔号相比，玉兔二号更轻、更自主、更坚固、更可靠。例如;

玉兔号月球车搭载全景相机、探月雷达、红外成像光谱仪、粒子诱导X射线光谱仪等科学探测仪器进行巡检和检验。

玉兔二号仍配备全景相机、探月雷达、红外成像光谱仪，但增加了瑞典中性原子探测器，取消了嫦娥三号的粒子诱发X射线光谱仪。因此，玉兔二号月球车不需要机械臂，重量减轻了2公斤。

玉兔号重137公斤，玉兔二号重135公斤，是世界探月史上最轻的月球车。

玉兔在月夜时处于休眠状态，当月亮到来时自动醒来。但苏醒后，需要在地面进行相关系统设置才能进入安全工作状态。

玉兔2可以根据光照情况自主进入休眠状态，也可以独立设置唤醒后进入稳定工作状态。

玉兔号在洪湾区行驶114米后突然停止行驶，出现机构控制异常。

玉兔二号改进了各种布线的布局，并采用了故障隔离设计，因此更加坚固，应对困难的能力更强。

与苏联同类无人探月飞行器相比，中国无人探月飞行器具有明显的特点，即小型化、精密化。例如，苏联月球车一号和二号的质量分别为756公斤和840公斤，而玉兔号和玉兔二号月球车的质量分别为137公斤和135公斤。每个苏联月球车有8个轮子，每个中国月球车有6个轮子；苏联月球车和中国月球车的仪器和运行地点也不同。其中，玉兔号安装的测月雷达首次应用于世界月球探测器上，玉兔二号更是全球首创。月球车在月球背面。

前景

月球车有腿式、轮式、跳跃式、翻滚式和履带式。轮式的优点是移动速度快，效率最高。因此，目前世界各地发射的七颗月球巡视探测器都是轮式的。印度计划于2019年发射的月船二号和日本计划于2020年发射的月船二号都携带轮式月球车。但轮式越野性能不是很强，适应性最差。腿式巡月探测器适应性最强，但效率最低。随着月球车逐步采用6轮摇臂转向架悬挂系统底盘结构，轮式月球车的越野能力大大增强，使其可与腿式月球机器人相媲美。

印度月船二号的着陆器和漫游车计划于 2019 年发射

日本正在开发的Luna 2将使用月球车

现在，结合腿式和轮式月球车各自的优点，一些国家开始研制轮式月球车。它结合了腿式地形适应性和轮式高速高效的优点。它作业范围大，越障和避障能力出色，对复杂的月面环境适应能力强。但其缺点是结构和控制较复杂。

跳跃式、滚动式和履带式探测器可以适应更复杂的地形。 2018年9月21日，日本隼鸟2号向龙宫小行星发射了两个跳跃着陆探测器。这项技术也可以移植到月球车上。

美国正在测试搭载新型电池系统的小型月球车，原本计划在2020年重返月球时投入使用。

未来月球车将朝着在月面工作时间更长、行驶距离更长、适应更复杂环境、质量和尺寸最小化、能量有效利用和传输、机动性更强等方向发展。 、航天员安全性更高、应用范围更广、成本更低。这需要模块化设计和国际协作来满足多种需求。

在未来的月球基地中，宇航员将乘坐带有加压舱的月球车在月球上行驶。