专家解读玉兔探月:为省电隔14天需休眠
11月26日,国防科工局宣布,备受瞩目的中国首辆月球车——嫦娥三号巡视器,正式定名“玉兔号”。“玉兔号”月球车,将实现中国人与月球首次“零距离接触”的梦想。那么,“玉兔”将如何完成探月之旅呢?专家介绍,“玉兔”想要在月球上圆满完成任务,需要闯过五道关。
难关114天“黑暗期”如何熬过?
月球绕地球转一圈需要28天多,月球自转也是28天。这意味着,月球上的一昼夜相当于地球上的28天,月球上的一个夜晚相当于地球上的14天。这意味着在长达近半个月的时间里,月球车无法指望太阳能供电,它究竟要怎样开源节流,才能熬过漫长黑夜?
经历极低温度后,“月夜唤醒”又是一个难题。
应对:太阳能面板+“暖宝”
为此,科研人员为“玉兔”号精心设计了休眠模式——14天工作,14天“睡觉”。
该“睡觉”的时候自动进入休眠状态养精蓄锐,该“起床”的时候又能自动唤醒重新投入工作。这种“日出而作,日落而息”的规律作息,极大地增强了“玉兔”号适应月表恶劣环境的生存能力。
中国空间科学学会空间探测专业委员会副主任焦维新接受《法制晚报》记者采访时表示,对于一些特别娇嫩的设备,车内还专门准备了“暖宝”——月球车将首次使用我国自主研制的原子能电池,接受严寒、酷暑的考验。
其热控系统将通过同位素热源、隔热组件、散热面设计等组件,使工作时的舱内温度控制在20℃至55℃之间。
难关2日夜温差高达330度如何适应?
“古人把月亮称为广寒宫,一点都不假。月面夜间最低温度可以降至零下180℃,电子设备根本无法工作。”探月工程副总指挥、探月与航天工程中心主任李本正接受媒体采访时表示。
由于月球没有大气层,温度的变化全由阳光直接决定,所以日间最高温度可达150℃,昼夜温差高达330℃;而且因为月壤的热导率极低,即使在日间,只要月球车的一个部件处在阴影下,阴影中与阴影外的温差同样高达300℃,是
一个彻底的“冰火两重天”。
应对:太阳能翻板调整角度
测控系统主任设计师张波介绍,“白天时,月球车的太阳能电池帆板要调整角度,避免被阳光照射得太热。最热的月午,月球车还要进行‘午休’。”张波介绍,“玉兔”号设计寿命为3个月,这意味着其要经历3个月球白天和3个月球黑夜。所有的工作,要在月球时间的“上午”和“下午”完成。
难关4 崎岖“月球路”玉兔坎坷行
全程参与研制的主任设计师肖杰说,月球重力是地球的六分之一,表面土壤非常松软,凹凸不平,有石块、有陨石坑,还有陡峭的高坡。在这种环境中,月球车既不能打滑,更不能翻车。
想要克服这些困难,“玉兔”号必须具备“眼观六路、耳听八方”“独立思考、自主判断”的本领。
应对:有4只“眼睛”能够自主判断安全避让
肖杰介绍,“玉兔”号有4只“眼睛”,分别是全景相机和导航相机。通过相机观察周围环境,对月面障碍进行感知和识别,然后对巡视的路径进行规划。遇到超过20度的斜坡、高于20厘米的石块或直径大于2米的陨石坑,能够自主判断安全避让。
为了适应月球的恶劣“路况”,“玉兔”号对“车轮”要求极高。仅此一项攻关,科研人员就绞尽脑汁。
研制中,科研人员曾拿出四轮、六轮、八轮以及履带式等几十种方案。最终,“六轮独立驱动,四轮独立转向”的方案,凭借高可靠性和低重量的完美结合一举胜出。
难关3 月球松软灰尘可能进入设备
月球车在月面“行走”风险重重。由于太阳紫外线辐射的影响,月壤细粒会周期性的升起,而月球重力仅为地球的1/6,月球车行走时更容易带起大量月壤细粒,形成月尘。月尘可能进入甚至覆盖月球车所载仪器设备,一旦附着很难清除。月尘可能引起月球车很多故障,包括机械结构卡死、密封机构失效、光学系统灵敏度下降等。
此外,由于月球重力仅为地球的1/6,这使得月球表面的土壤远比地球上松软,月球车的行进效率会降低。而低重力导致的摩擦系数降低,使得在月球上行走远比地球上容易打滑,这对月球车的控制系统提出了更高的要求。
应对:控制姿势等方式消除月尘
美国田纳西大学的科学家们提出,利用磁场制作月球空气过滤器的设想。利用多个永久磁铁产生一个巨大的磁场,以吸附空气中的月球尘埃微粒。而关掉过滤器,就能把尘土擦掉。
专家认为,这为我国月球车的研制提供了一些新的思路。焦维新表示,月球车会通过控制姿势等方式消除月尘。
难关5 遭受多种宇宙射线辐射
因为缺乏大气,登陆后的月球车将完全暴露在多种宇宙射线下,强烈的电磁辐射可能破坏电子遥控系统,这对接收系统的最大接收功率提出了相当高的要求。
月球每天都会直接面对超新星与太阳风暴等大量宇宙射线,而当宇宙射线击中月球表面时,会引发微型的核反应,其结果就是月球表面也产生大批危险的次级辐射。
“玉兔”被设计为身披“黄金甲”,目的不是为好看,而是为了反射月球白昼的强光,降低昼夜温差,同时阻挡宇宙中各种高能粒子的辐射。所有这一切,都是为了支持和保护月球车的腹中“秘器”——红外成像光谱仪、激光点阵器等10多套科学探测仪器。
本版文/记者李洪鹏综合《解放军报》、新华社报道