“玉兔”独巡月球村 为嫦娥三号的雷达天线月尘环境摸底试验

玉兔号腹中有“秘器”

在玉兔号告别着陆器后，将在月球表面自主“行走”巡视探测，对月表进行三维光学成像、红外光谱分析。此外，还将开展月壤厚度和结构科学探测，对月表物质主要元素进行现场分析等。项目组为试验配备了粒子高速摄像仪、在线粒度分析仪等先进的分析测试仪器，用于监控、测量试验过程中的参数。为嫦娥三号的雷达天线、望远镜以及相机等5件有效载荷部件进行月尘环境摸底试验。月球车并不是一辆车，而是一个长着轮子能够适应恶劣空间环境，并开展空间科学探测的航天器，是一个低功耗、高智能的机器人。玉兔号月球车重约140千克，呈长方形盒状，太阳翼收拢状态下长1.5米，宽1米，高1.1米，有6个轮子，周身金光闪闪。为了方便在月球上开展科学探测任务，玉兔号上配置众多宝贝，比如全景相机、测月雷达、粒子激发X射线谱仪、红外光谱仪和粒子激发X射线谱仪。专家这样形容它：肩插“太阳翼”，脚踩“风火轮”，身披“黄金甲”，腹中“秘器”多。“玉兔号”的巡游范围可达5平方公里。它以太阳能为能源，具备20度爬坡、20厘米越障能力，并可耐受300摄氏度的温差，还在车底安装了雷达，将探测月球地表以下100米左右深度的地下结构。有专家指出，这是前人从未做过的，将对月球次表层探测做出贡献。据中国绕月探测工程首任首席科学家欧阳自远介绍，月球车能完全自主导航，在月亮上可以根据照相机拍到的四周情况，自己决定该走哪条路；可以自主避障，前面有大石头挡住了，知道怎么避开障碍；还可以自动上坡下坡，能走它就走，走不过去就绕着走。着陆器的设计寿命是一年，月球车则只有3个月。它们将在完成任务后永远留在月球。“它们工作结束后，没有打算拿回来，也不可能把它们拿回来，设计时没这样考虑。寿命时间过后，就看它的生存能力。”中国探月工程总设计师吴伟仁表示。分析玉兔巡月球首要风险是月尘月球车在月面“行走”也是存在风险的。据了解，月壤细粒会大量扬起，形成月尘，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。美国宇航员从月球返回后曾说，人类探索月球遇到的首要麻烦就是月尘环境。如何让月球车在行进时不扬起这些灰尘？我国科研人员通过月尘和真空模拟试验找到了答案。细微月尘易“眯眼”为了模拟月球环境，项目组与真空技术专家一起，在有细微模拟月尘的环境中制造了真空环境，科研人员在这个环境下分别研究了无花纹、直花纹、斜花纹等仿真车轮的扬尘试验，记录下三种花纹车轮的临界起尘点，车轮转速与起尘高度，扬尘颗粒的速度、尺寸范围、运动轨迹和范围等试验数据。研究发现，空气状态下的扬尘现象受气流扰动影响极大，与真空状态下的试验规律完全不同，为解决月面巡视探测及未来载人巡视器车轮扬尘问题提供了重要参考和依据。月面覆盖了一层厚度不等的月壤，这些月壤约95%的颗粒尺度为毫米级，约50%颗粒为60微米级。如此微小的尘埃，如果蒙在月球车的相机镜头上，就等于罩住了“眼睛”，如果进入一些敏感仪器，可能影响工作效率，甚至导致故障。为了研究和评价月尘环境对巡视器部组件的影响，航天科技集团五院的月尘环境项目组进行了系列技术攻关，模拟月尘和月球环境是两大难关。科研人员研制出了成分、密度、颗粒分布以及颗粒几何形状上近似于真实状况的模拟月尘，并可根据需要配制出任意比例的模拟月尘。试验中，要求在工件上均匀淋洒月尘，每平方米20克，相当于要把半勺的盐均匀地洒在1平方米的地方。防尘密封圈需经耐热耐寒考验乘坐阿波罗号登月的宇航员在回忆录里曾这样描述初登月球时的震撼情景：月亮上没有风，月尘扬起后，会长时间悬浮在半空中落不下来。由于月尘带有静电，容易吸附在巡视器表面或侵蚀巡视器的活动部件，因此防尘密封圈就变得格外重要。别看密封圈小，研制人员足足花费了两年的时间才找到合适的配方。他们对设计出来的每一种配方都进行了高温压缩永久变形测试、压缩耐寒系数测试、耐热空气老化测试等多项测试，通过数十次试验，终于确定了配方。由于月尘的直径不足1毫米，甚至只有几微米，因此必须把密封圈的尺寸做得恰到好处，松了月尘就会进入，紧了就会被磨损，这对工艺与制作能力提出了苛刻的要求。