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(xué)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(jìn)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(xué)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(jìn)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(xùn)，提出新的探測思路和戰(zhàn)略；以月球探測獲得的技術(shù)為基礎(chǔ)，將月球探測技術(shù)向各領(lǐng)域轉(zhuǎn)化、推廣和應(yīng)用，完善航天技術(shù)系統(tǒng)，研制新的空間探測技術(shù)，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(jìn)一步開發(fā)利用地外資源進(jìn)行科學(xué)和技術(shù)準(zhǔn)備；需要較長時間進(jìn)行探測資料的消化、分析與綜合，將月球科學(xué)研究提高到更高理性認(rèn)識的階段。（3）重返月球（1994以后）1986年，空間探測技術(shù)和月球科學(xué)研究達(dá)到了新的階段，對月球進(jìn)行科學(xué)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(biāo)是自由號太空船；然后，在新的世紀(jì)，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(shè)月球基地，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)，已成為新世紀(jì)月球探

4、測的總體目標(biāo)。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(shè)備一一月球車，則是各國科學(xué)家目前技術(shù)攻關(guān)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(dá)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(shù)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(xué)性質(zhì)的透度計，測定月壤化學(xué)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(shè)備。月球車1號設(shè)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(dāng)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(xì)的金屬絲，可以增加摩擦力。當(dāng)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(shè)備、控制月球車的儀器、溫度控制系統(tǒng)、科學(xué)探測 儀器和計算機等設(shè)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(jìn)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(yīng)具有前進(jìn)、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(wù)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(shè)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(yuǎn)，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(dá)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(shè)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(yīng)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(shè)計必須充分采用器件、微型機械和輕型材料，在開發(fā)應(yīng)用（ mems）上應(yīng)有所突破。在正式接受任務(wù)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(biāo)要求。月球車應(yīng)按規(guī)定技術(shù)指標(biāo)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(shè)想中的指標(biāo)超出好多倍，甚至高出一個數(shù)量級。月球車必須適應(yīng)航天特殊， 包括力學(xué)環(huán)境和環(huán)境。 力學(xué)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(shù)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(yīng)采取相應(yīng)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(dāng)于地 球上的27天略多。因此，月球晝夜間隔大約相當(dāng)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(jìn)入月夜以后，它由于無法通過光能發(fā)電，進(jìn)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(yīng)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(yuǎn)，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(jìn)而編輯方向，勾畫出到達(dá)目標(biāo)點的路徑，并導(dǎo)航控制月球車走到目的地。(3)對極端溫度的防護(hù)月球表面白晝時溫度高達(dá) 150C,黑夜時低至180 C,溫差超過

13、300 C,尤其是在進(jìn)行 沙漠實驗月面上的晝、夜分別長達(dá)約350ho這種嚴(yán)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(guān)鍵技術(shù)。在月球的一個自轉(zhuǎn)周期內(nèi)，相差可以達(dá)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(yīng)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(jìn)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(shè)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(jìn)、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(shè)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。“中華牌”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(dǎo)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(dāng)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(dá)，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(shè)備，包括一套天文望遠(yuǎn)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(xué)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(fù)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(shè)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(jìn)行連接，/這種專門設(shè)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(jìn)、后退，其動力性能都能保證一致，克服了有 些月球車在前進(jìn)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(shè)計，月球車機組的機動底盤之