月球車讀書報告

1、百度文庫-讓每個人平等地提升自我宇航員的“悍馬”一一月球車俄羅斯航天理論先驅(qū)齊奧爾科夫斯基曾經(jīng)說過工“地球是人類的搖籃，但人類不能總在搖籃里生活?！?科學泰斗的宣言一直激勵著人類的飛天夢想。1961年，前蘇聯(lián)成功地載人飛入外太空，人類第一次邁出了搖籃。1969年，美國人登上月球，人類第一次踏上了地球之外的大地。人類對于月球的探測目前主要分為三個階段：（1）第一次探月高潮（19581976年）在冷戰(zhàn)背景下，美國和前蘇聯(lián)展開了以月球探測為中心的空間競賽，掀起了第一次月球探測高潮。自1958 1976年，美國和前蘇聯(lián)共發(fā)射 83個月球探測器，成功 45個。1969年 7月美國阿波羅11號飛船實現(xiàn)了人

2、類首次登月，相繼阿波羅一12、14、15、16、17和前蘇聯(lián)的月球號一16、20和24進行了載人和不載人登月取樣，共獲得了382公斤的月球樣品和難以計數(shù)的科學數(shù)據(jù)。月球探測取得了劃時代的成就。（2）月球探測寧靜期（19761994年）自1976年以來，延續(xù)約18年沒有進行過任何成功的月球探測活動，其原因可能是：隨著冷戰(zhàn)形勢的緩和，隨后前蘇聯(lián)的解體，空間霸權(quán)的爭奪有所緩解；需要總結(jié)探測活動耗資 大、效率低、探測水平不高的經(jīng)驗與教訓，提出新的探測思路和戰(zhàn)略；以月球探測獲得的技術為基礎，將月球探測技術向各領域轉(zhuǎn)化、推廣和應用，完善航天技術系統(tǒng)，研制新的空間探測技術，如航天飛機及其他往返運輸系統(tǒng)、大推

3、力火箭、高效探測儀器等，為進一步開發(fā)利用地外資源進行科學和技術準備；需要較長時間進行探測資料的消化、分析與綜合，將月球科學研究提高到更高理性認識的階段。（3）重返月球（1994以后）1986年，空間探測技術和月球科學研究達到了新的階段，對月球進行科學的、“理性”的探測時機已經(jīng)成熟，美國航空航天局（ NASA）開始構(gòu)思重返月球的計劃。1989年7月20日美國總統(tǒng)布什宣布“在即將到來的10年里，我們努力的目標是自由號太空船；然后，在新的世紀，我們要重返月球，重返未來，而且這一次要呆下去”?！耙粝氯ァ遍_發(fā)利用月球礦產(chǎn)資源、能源和特殊環(huán)境，建設月球基地，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展服務，已成為新世紀月球探

4、測的總體目標。到目前為止，除了美國宇航員親自踏上過月球外，其他國家還沒有人登上地球以外的土地。在未來十年內(nèi)，包括俄羅斯、歐洲空間局在內(nèi)，也都沒有載人登月計劃。在2020年之前，各國對月球的探測與考察主要通過著陸探測器、無人駕駛月球車甚至空間實驗室來實現(xiàn)。而能夠像人類一樣可以自主移動的智能設備一一月球車，則是各國科學家目前技術攻關的重丁點月球車和任何一款在地球上的機器人不同，它雖然可以被看作是一種輪式機器人，擁有機器人的自主性、移動性和智能性，但是它要面臨比在地球上惡劣得多的環(huán)境：月面引力小，塵土多；白天高溫可以達到 130C,夜間低溫可以低至-180C；各種輻射比地球強得多；而 且月球車距離地

5、球上的指揮中心超過38萬公里，每一次通信需要傳輸秒的時間；在行走過程中，月球年隨時可能遇到障礙物、溝壑或斜坡等等。 所有這些因素都致使月球車不能簡單地照搬普通機器人的車身材料、元件材料、組織機構(gòu)、行走方式和傳感通信技術等。一、月球車的歷史1970年11月17日蘇聯(lián) 月球” 1君探測器把世界上第一個無人駕駛的月球車” 1號（如圖一）送上月球，它行駛了公里，考察了 8萬平方米的月面。后來的 月球第 1 頁（共 6 頁）百度文庫-讓每個人平等地提升自我車” 2號行駛了 37公里，向地球發(fā)回 86幅月面全景圖。月球1號的外形就像個嬰兒車，或是有9個輪子的澡盆。 雖然它看起來十分古怪，但卻是個名副其實的

6、活動實驗室。月球車51號帶有能插入月壤測試月壤物理力學性質(zhì)的透度計，測定月壤化學參數(shù)的X射線分析儀，專門研究月表磁場特性的磁力計，用于測量地月距離的激光反射鏡，可以測量可見光和紫外線強度的光度計，以及探測宇 宙射線和觀測太陽的高靈敏儀器，還攜帶了多個獲取月表圖像的攝像設備。月球車1號設計十分巧妙。它由底盤和儀器艙組成，底盤上的8個電驅(qū)動輪子互相獨立，每個輪子都分別控制，當某個輪子被絆住或打滑時，只要兩側(cè)各有一個工作，它就可以行走。月球車輪緣包裹著精細的金屬絲，可以增加摩擦力。當一側(cè)的輪子轉(zhuǎn) 速大于另一側(cè)的轉(zhuǎn)速，或轉(zhuǎn)動方向相反時，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。月球車的輪子是鏤空的，鏤空的輪子不但可以減輕重量，還

7、能起到減少揚塵的作用。月球車1號能夠前后運動，以便能退出危險境地。月球車上有一個布滿太陽能電池的蓋子，白天它敞開著，使太陽能電池接受強烈的太陽輻射，為蓄電池充電；夜晚，月面溫度會驟然降低到-150 C,這時八月球車儀器艙蓋子閉合，可以起到保持溫度的作用，月球車則依靠放射性同位素燃料放熱取暖。儀器艙內(nèi)裝有無線電接收和發(fā)送設備、控制月球車的儀器、溫度控制系統(tǒng)、科學探測 儀器和計算機等設備。圖一 蘇聯(lián)的月球車 1號（Lunokhod 1 ）1971年7月31日，阿波羅15號宇航員戴維斯-R-斯科特和詹姆斯-B-歐文進行了人類首 次月球車行駛，他們駕駛著電動四驅(qū)月球車（如圖二），在崎嶇不平的月球表面上

8、，越過隕石坑和礫石行駛了數(shù)公里。 斯科特和歐文成為在月球上漫步的第7和第8人，而且是第一個在月球上駕車行駛的。從下圖可以看見傘狀高增益天線和天線下黃色的攝像機（航天員不在時，攝像機可由地第 2 頁（共 6 頁）百度文庫-讓每個人平等地提升自我面遙控工作），此后的兩次阿波羅飛船登月中，航天員都使用這種月球車作為月面活動的運 輸工具。圖二美國的“阿波羅”月球車二、月球車的功能月球車無論是輪式的還是腿式的，都應具有前進、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡、取物、采樣和翻 轉(zhuǎn)（跌倒后能翻身）等基本功能，甚至具有初級人工智能（例如，識別、爬越或繞過障礙物 等）。這些都與現(xiàn)代機器人所具有的功能相似。但是，月球車僅有這些功能

9、是不夠的。它是一種在特殊環(huán)境下執(zhí)行探測任務的機器人一一太空機器人，既有機器人的屬性， 更具有航天器的特點，不同于地面使用的機器人、機器人和家用機器人。版量輕，體積小，耗功低”從來就是航天器設計的根本，追求“輕、小、低”是航天器 研發(fā)的永恒主題。航程越遠，要求越高，對月球探測器的、體積和功耗要求就更輕、更小和 更低。根據(jù)中國運載火箭可望達到的能力，1臺月球車需要由比它重 300倍的發(fā)射，這是發(fā)射同樣質(zhì)量的運載火箭質(zhì)量的46倍。月球車是一個可移動的平臺，它要攜帶若干有效載荷， 如探測儀器或挖掘采樣器等。 這些設備和裝置必須小型化、 輕型化。月球車通常作為月球軌道器的有效載荷，軌道器又作為廣運載火箭

10、的有效載荷安裝在火箭頂端直徑狹小的整流罩里。月球車應制成可折疊式， 以盡可能縮小發(fā)射體積。月球車的電源來之不易， 用太陽電池發(fā)電，其面積和質(zhì)量與功耗大小成正 比；若用一次性電池，質(zhì)量與使用時間成正比，為了減輕質(zhì)量，也必須降低功耗。因此，月 球車的設計必須充分采用器件、微型機械和輕型材料，在開發(fā)應用（ mems）上應有所突破。在正式接受任務時，月球探測工程總體會提出月球車的質(zhì)量、尺寸和功耗的指標要求。月球車應按規(guī)定技術指標研制。二、就目前了解到的情況看， 已經(jīng)做出來的月球車樣機的質(zhì)量比 設想中的指標超出好多倍，甚至高出一個數(shù)量級。月球車必須適應航天特殊， 包括力學環(huán)境和環(huán)境。 力學環(huán)境指月球車在

11、發(fā)射上升過程中 運載火箭產(chǎn)生的沖擊、振動、過載和噪聲；在月面降落過程中制動火箭產(chǎn)生的沖擊、第 3 頁（共 6 頁）過載和可能用氣囊緩沖著陸產(chǎn)生的多次彈跳、翻滾。月球車必須經(jīng)得起這些摔、打、滾、百度文庫-讓每個人平等地提升自我爬”等。三、月球車的技術要點(1)抗輻射/對月球車上使用的電子部件，特別是對輻射尤為敏感的高集成度微電子器件，應采取相應的抗輻射加固措施。 月球的自轉(zhuǎn)引起月面的晝夜變化。 月球上一天的時間，大約相當于地 球上的27天略多。因此，月球晝夜間隔大約相當于上的1,14天。也就是說，登上月球以后的 月球車，最多可以連續(xù)工作/14天，進入月夜以后，它由于無法通過光能發(fā)電，進入狀態(tài)。1

12、4天后，又能自動醒來。/(2)防冷焊/月球車上的機構(gòu)及其他活動部件，例如月球車從發(fā)射時的折疊狀態(tài)展開成型，車輪及其驅(qū)動、轉(zhuǎn)向機構(gòu)，的展開及指向機構(gòu)、采掘機械臂等，在高真空條件下收藏、壓緊100多小時后，應保證不會 焊住”或卡死，能順利展開和活動。月球車是個智能機器人，需要具備獨 立處理各種環(huán)境的能力。由于距離太遠，無法通過遙控的方法處理反饋信息。月球車需要配置若干個，在得知周圍環(huán)境、自身姿態(tài)、位置等信息后，通過地面或車內(nèi)裝置，形成三維地 形圖。進而編輯方向，勾畫出到達目標點的路徑，并導航控制月球車走到目的地。(3)對極端溫度的防護月球表面白晝時溫度高達 150C,黑夜時低至180 C,溫差超過

13、300 C,尤其是在進行 沙漠實驗月面上的晝、夜分別長達約350ho這種嚴酷條件是過去環(huán)地運行所未曾遇到過的，如何保證月球車在長時間極端溫度條件下正常工作，是月球車也是月球探測工程需要解決的關鍵技術。在月球的一個自轉(zhuǎn)周期內(nèi)，相差可以達到310C。月面上如此急劇變化的溫度環(huán)境會使橡膠迅速老化，因此月球車輪胎要使用特殊材料，克服溫差。(4)適應低重力月球表面重力只有地球表面重力的1/6。某些在地面上能正常完成的，特別是依靠機構(gòu)自身重力完成的動作，在低重力的月球表面是否仍能正常動作，也還是待解之謎。月球是地球的1/6,那便意味著，質(zhì)量為 50千克的東西，在地球上所受重力約 500牛。到了月球表面 則

14、變成約80牛。因此，月球表面的土壤非常松軟，月球車的行進效率會降低。(5)路況 月球表面崎嶇不平的路面，有石塊、有隕石坑，還有坡。在這種情況下，設計的輪子便 需要克服重重障礙，既不能打滑，也不能翻車，必須做到前進、后退、轉(zhuǎn)彎、爬坡，樣樣在 行。四、月球車的幾種不同型號1、月球車，中華”造/2013年，由中國自行設計研制的“中華牌”月球車(如圖三)將乘坐“嫦娥三號”探月衛(wèi)星奔向月球。從、“嫦娥三號”衛(wèi)星著陸器中走出的月球車，將是我國自行研制的具有最 高智能的機器人?！爸腥A牌”月球車是一輛重 120公斤，可載重20公斤的六輪月球車，壽命為 3個月， 可在月球上3公里范圍內(nèi)連續(xù)行走 10公里，它可以

15、實現(xiàn)自我導航、避障、選擇路線、選擇 探測地點、選擇探測儀器等功能。該月球車上有兩個太陽儀，其中一個可自由旋轉(zhuǎn)，隨時尋找太陽位置，吸收熱量發(fā)電；另外一個則是可以當作蓋子，蓋在車身上減少熱量散發(fā)。在月球車上面還安裝了一臺雷達，可以邊走邊探測月球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化，此外著陸器上搭載了七套設備，包括一套天文望遠鏡。第 4 頁(共 6 頁)百度文庫-讓每個人平等地提升自我圖三“中華牌”月球車2、哈工大的8輪月球車哈爾濱工業(yè)大學研制的 8輪差動扭桿彈簧式月球車樣機（如圖四） ，為探月工程提供了 具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 “中國造”月球車可選移動系統(tǒng)車型。 這個月球車通過了模擬月球地形 環(huán)境試驗，在功能上具備探月工程

16、所需的月球車基本功能和基本組成部分。該新型8輪月球車車體部分包括兩片能夠重復展開和定位的太陽能帆板以及相機桅桿， 還有定向天線、全向天線、前后避障相機、電源系統(tǒng)和主控系統(tǒng)，能自如地爬越模擬環(huán)境中的石頭斜坡等障礙物能輕松地跨過深坑8個車輪獨立驅(qū)動，4個角輪是轉(zhuǎn)向輪，可靈活轉(zhuǎn)向。這輛車的移動系統(tǒng)構(gòu)型已獲得國家發(fā)明專利。該月球車車輪采用鈦合金制造的篩網(wǎng)輪，傳動裝置為特殊設計的減速器，這種減速器的體積是正常減速器的70%左右，而承載能力和壽命卻相同。各搖臂等均采用了特制的中間帶有加強筋的中空方管結(jié)構(gòu)，使得整個移動系統(tǒng)的重量大大減輕。其優(yōu)點是：第一，具有更強的越障性能。 8輪月球車移動系統(tǒng)的單側(cè)懸架由5

17、個桿件一一兩根副搖臂、兩根扭桿彈簧壓臂和一根差動擺桿構(gòu)成，兩側(cè)懸架有均化裝置與車體進行連接，/這種專門設計的搖臂與擺桿相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，通過扭桿彈簧實現(xiàn)力封閉， 保證了車體在遇到障礙物沖擊時減小俯仰程度，確保月球車在崎嶇地形中 8個車輪都能接地，運行更加平穩(wěn)。第二，因為車輪多，所以月球車與月球表面接觸的面積大，單位面積壓力小，避免了自 陷的發(fā)生。第三，該月球車結(jié)構(gòu)對稱性好，不論前進、后退，其動力性能都能保證一致，克服了有 些月球車在前進或倒退中動力性能不一致的弊端。第 5頁（共 6 頁）百度文庫-讓每個人平等地提升自我圖四哈工大研制的8輪月球車3、 NASA的新概念月球車 SPR（Small Pressurized Rover）這種小壓力月球車（如圖五），采用模塊化設計，月球車機組的機動底盤之