玉兔号是中国首辆月球车,和着陆器共同组成嫦娥三号探测器。玉兔号月球车设计质量140千克,能源为太阳能,能够耐受月球表面真空、强辐射、零下180摄氏度到零上150摄氏度极限温度等极端环境。月球车具备20度爬坡、20厘米越障能力,并配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器。
2013年12月2日1时30分,中国在西昌卫星发射中心成功将嫦娥三号探测器送入轨道。2013年12月15日4时35分,嫦娥三号着陆器与巡视器分离,"玉兔号"巡视器顺利驶抵月球表面。2013年12月15日23时45分完成玉兔号围绕嫦娥三号旋转拍照,并传回照片。2014年1月25日凌晨,嫦娥三号月球车进入第二次月夜休眠。但在休眠前,受复杂月面环境的影响,月球车的机构控制出现异常。2014年2月10日,第一次玉兔号唤醒失败。2014年2月12日夜,玉兔号月球车已全面苏醒,状态趋于好转,但是出现问题的"机构"仍然有待进一步恢复。
2016年7月31日晚,"玉兔"号月球车超额完成任务,停止工作,着陆器状态良好。玉兔号预期服役3个月,时间过去了两年半多,也是超长服役两年多,玉兔号是中国在月球上留下的第一个足迹,意义深远。它一共在月球上工作了972天。
结构设计
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图1 玉兔号样机 |
"玉兔号"的样机,呈长方形盒状,长1.5米,宽1米,高1.1米,周身金光闪闪,耀眼夺目。"黄金甲"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,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。
肩部有两片可以打开的太阳能电池帆板,他的腿部是六个轮状的移动装置,"玉兔号"对"车轮"要求极高。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,确定为"六轮独立驱动,四轮独立转向"的方案。"玉兔号"上装有一个地月对话通讯天线;头顶的导航相机与前后方的避障相机;负责钻孔、研磨和采样的机械臂。
中国探月工程总设计师吴伟仁介绍:"玉兔号"实现了全部"中国制造",国产率达99.9%。
系统组成
"玉兔号"月球车8个分系统--"玉兔号"月球车由移动、导航控制、电源、热控、结构与机构、综合电子、测控数传、有效载荷8个分系统组成,被形象称之为"八仙过海,各显神通"。
移动分系统:采用轮式、摇臂悬架方案,具备前进、后退、原地转向、行进间转向、20度爬坡、20厘米越障能力;
导航控制分系统:携带有相机及大量传感器,在得知周围环境、自身姿态、位置等信息后,可通过地面或车内装置,确定速度、规划路径、紧急避障、控制运动、监测安全;
电源分系统:由两个太阳电池阵、一组锂离子电池组、休眠唤醒模块、电源控制器组成,利用太阳能为车上仪器和设备提供电源;
热控分系统:利用导热流体回路、隔热组件、散热面设计、电加热器、同位素热源,可使月球车工作时舱内温度控制在+55℃~-20℃之间;
结构与机构分系统:由结构和太阳翼机械部分、桅杆、机械臂构成,主要为各种仪器、设备、有效载荷提供工作平台;
综合电子分系统:将中心计算机、驱动模块、处理模块等集中一体化,采用实时操作系统,实现遥测遥控、数据管理、导航控制、移动与机构的驱动控制等功能;
测控数传分系统:保证月球车与地球38.4万公里的通信以及与着陆器之间的通信;
有效载荷分系统:月球车配备的科学探测仪器,包括全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等。
月面着陆
2013年12月15日4时35分,嫦娥三号着陆器与巡视器分离,"玉兔号"巡视器顺利驶抵月球表面。
2013年12月14日21时11分,嫦娥三号成功着陆在月球西经19.5度、北纬44.1度的虹湾以东区域,随即按计划开展了着陆器与巡视器分离各项准备工作。
2013年12月14日23时45分,地面科技人员对两器分离的实施条件,包括着陆点环境参数、设备状态、太阳入射角度等,进行了最终检查确认。随后,向嫦娥三号发送指令,两器分离开始。
着陆地点一个充满熔岩的火山口2013年12月14日,北京航天飞行控制中心飞控大厅屏幕上,嫦娥三号着陆器安然挺立在月面,太阳翼呈展开状态。"玉兔号"巡视器立于着陆器顶部,展开太阳翼,伸出桅杆。"巡视器移动至转移机构条件确认。"3时10分,巡视器开始向转移机构缓慢移动。
"巡视器移动到位。"4时06分,转移机构正常解锁,托举着巡视器轻轻展开、降落,接触月面,并在着陆器与月面之间搭起了一架斜梯。
随后,"玉兔号"沿着斜梯款步而下。4时35分,"玉兔号"踏上月球,在月面印出一道深深的痕迹。着陆器监视相机完整地记录下这一过程,并及时将成像数据传回地面。
玉兔号月球探测车在C1陨石坑周边进行了114米的地质实测,取得了丰富而珍贵的月球地质资料 。众多科学家根据这些资料工作的成果,发表在了世界顶级科学期刊《科学》(Science)上 。由"玉兔"车携带的测月雷达探测到的数据显示,嫦娥三号着陆区表面下至少分为9层结构,这表明在那里曾有多个地质学过程发生,对于探索月球的岩浆演化历史和后期改造作用具有非常重要的意义 。这也是中国嫦娥探月工程实施以来,首次在国际顶级学术期刊上发表科学成果 。
嫦娥三号
嫦娥三号是中国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务之一。这是中国航天器首次地外天体软着陆,此次探月将为中国航天员登月打下基础。嫦娥三号任务作为探月工程二期主任务,是'绕、落、回'三步走中的关键一步,对整个探月工程乃至航天事业的发展具有重要意义。中国分别于2007年、2010年成功发射嫦娥一号、嫦娥二号。
探测器构成由着陆器和巡视器组成,肩负着中国航天器首次地外天体软着陆的重任。着陆器将"怀抱""玉兔"号巡视器落月,然后"玉兔"号驶离着陆器在月面进行为期约3个月的科学探测。着陆器则在着陆地点进行就位探测。
图2 嫦娥三号着陆器成功分离画面
嫦娥三号任务是中国航天器首次地外天体软着陆,使用了多项新研产品和技术,创新性强,技术复杂,难度极高,风险巨大,责任重大,使命光荣。工程全线要发扬大力协同的优良传统,坚定信心,团结奋战,攻坚克难,严慎细实,高标准、高质量、高效率完成后续工作,确保任务圆满成功,再创中国航天事业新的里程碑,为实现航天梦、中国梦做出新的更大贡献。
概述图来源:月球与行星数据发布系统