我国月球车工程中的秘密竞争(组图)

上海交大研制的月球车模型　　郭一江／摄
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哈尔滨工业大学最近一次露面的月球车模型(图片由哈工大提供)

前苏联研制的月球车一号

“阿波罗”15号飞船上的宇航员艾尔文在检查月球车上的设备，背景为圣乔治环形山

　　□本报驻京记者　徐彬

　　2012年，中国月球探测“嫦娥工程”中最重要的角色将在月球上的某个月海登陆。一位专家透露，中国科学院目前初步考虑了月球上5个地势较为平坦的月海地区，最后他们将确定其中的一个作为这位主角展示演技的舞台。

　　在实验室里，这个重要角色的学名是“月球探测远程控制机器人”，公众已经习惯叫它“月球车”。

　　2005年3月15日，“嫦娥工程”月球应用科学首席科学家欧阳自远对媒体披露，航天部门已经出台了“嫦娥工程”用月球车的技术参数和需要完成的科研任务，将在全国公开竞争，择优选用。此前，见诸报端的至少有7家高校和科研单位在从事月球车的研制，它们是哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、清华大学、中国科学技术大学、航天科技集团第五研究院第502研究所、上海交通大学和国防科技大学，“每家都有绝活”。

　　航天部门掌握的数据还要远远超出这个规模，他们手头上有不低于40辆国产月球车模型的资料。

　　谁能够在这场大较量中胜出，从而获得巨大的荣誉和学科发展机遇？这个悬念或许一直要留到明年。在接受《南方周末》记者采访时，这些竞选者非常明确，眼下要做的，就是尽快把他们最初在实验室里的构想与“嫦娥工程”提出的科学目标完美结合起来。

　　“嫦娥工程”中的明星

　　“嫦娥工程”三期无人探月计划中，在第一期“绕月探测工程”实施的过程中并不能看见月球车的身影。它要到第二期“落月”时才会露面，并在随后的一段时间里和第三期“返回”中大展身手。

　　尽管目前国防科工委仅仅启动了“嫦娥工程”第一期“绕月探测工程”，第二期和第三期计划尚未正式立项，但是没有人怀疑它们已经是“箭在弦上”。

　　国防科工委去年下半年发布的消息说，第二期工程将在今后的7年内实施，预计在2012年向月面发射一个软着陆器，这个软着陆器将携带载有摄像机和多种探测仪器的月球车，在月球表面巡视勘查，为建立月球基地收集基本数据资料。

　　第三期工程大约在2010年-2017年展开，月球车将再次登陆月球，这一次它不仅要采集月壤和岩石的样本，还要搭乘返回舱重返地球。

　　“它(月球车)是整个探月工程中最引人注目的东西，是一个亮点。”3月29日，哈尔滨工业大学副校长、月球车项目负责人邓宗全说。

　　这个亮点的出场也颇有明星派头，欧阳自远曾经多次在学术报告会上描绘过它登临月球那一刻的情景：月球软着陆器通过反推火箭缓冲，在月面上徐徐降落，然后软着陆器舱门打开，自动弹出斜梯。此时在软着陆器里，月球车开始缓缓舒展开“蜷缩”着的身体，调整好姿态后，它将走出舱门，滑下斜梯，开始漫步月球。

　　虽然航天专家已经为它挑选了最舒适的着陆点，但它依然要面临极其险恶的环境：距离地面指挥中心超过38万公里，每一次通讯要传输2.6秒钟；由于在月球上没有大气层保护，它要承受零上127℃-零下183℃巨大的温差；在行走过程中随时可能遇到的障碍物和斜坡；强烈的电磁辐射……

　　“它是技术高度集成的一个行走机构，包括热控、材料、电控、传感器、星际通讯等等工程技术，不仅要适应月面极端环境，还要把各种科学研究功能集于一车之身。”在北京航空航天大学汽车工程系主任、月球车项目总协调人丁水汀看来，月球车并不仅仅是一个深空探测机器人，“要制造月球车，首先必须懂车。”

　　此前的35年里，前苏联和美国已经把数辆无人驾驶型和有人驾驶型的月球车送上月球。2004年，“勇气”号和“机遇”号在火星上的杰出表现，使人类如同亲临那个遥远而神秘的世界。丁水汀说，国外早就解决了月球车的关键工程技术，它并非高深莫测，“但是在中国，这是第一次，所有的难题都必须自己一个个去突破。”

　　志在必得的竞争者

　　3月29日，在哈尔滨工业大学深空探测技术研究中心的月球车实验室里，曾经最早在国内公开亮相的3辆月球车模型已经被打包封存。邓宗全透露，他们在稍早些时候率先启动了与航天部门的合作，正在围绕“嫦娥工程”的一些具体科学目标做系统设计。

　　“对于我们来说，实验室里自由探讨的时期已经过去了，我们已经开始和航天工业制造部门合作了。”他说。

　　在1999年开始负责月球车研究时，邓宗全还只是机电工程学院的院长，现在他的职位已升至副校长。在今天看来，当初选定月球车作为一个重要的研究方向无疑是具有“战略眼光”的一件事。他对他的助手和学生说，科研工作者要有远见，要抓住国家急需的东西，这样才能抓住机遇。

　　他的课题组在5年时间里，前后共做出了4辆月球车原理样机，以适应不同的月面环境。其中一款“六轮摇臂转向架式”是仿制由美国“阿波罗”飞船带上月球的“索杰娜”型月球车制成的，它的车身是以超静定的方式向各个车轮分配重量，车轮与月面接触点的位置可以自由调整。这款月球车，在平稳性、抗颠覆能力和越障能力方面都有上佳表现。

　　似乎从一开始，哈工大就表现出了志在必得的信心，媒体甚至把“哈工大机器人上月球”评为“2003年哈尔滨人最期待的十件大事”之一。为了更好地研究月球车的特性，他们购买了前苏联的一款经典车型———“月球车2号”的模型。

　　邓宗全说，原先的4辆原理样机都是学习型的，是为了让科研人员去理解和掌握国外的先进车型。在今年年底之前，他们还要再推出3款“更接近实用的样车”。

　　这3款新车，将融入哈工大自主创新的技术。在他们旧的设计方案中，已经有一款是拥有自主知识产权的“两轮并列式”月球车，它的特点是结构简单、重量小，航天器上可以一次搭载多个这样的月球车，分别执行不同的任务。

　　“小型化、多车、群控，是月球车的发展方向。”邓宗全说。

　　这一次，他们要兼顾航天器的运载能力和科学目标，“软着陆器的总重量是多少？月球车在里面能够占多大比重？要根据航天部门确定的指标来设计整车。”

　　一个新的合作办公室设在校外，由哈工大和另外两家单位共同负责。邓宗全说，目前车型、科学仪器和能源供应的设计制造都有明确的分工，但是三家签订了保密协议，到年底之前这个部门谢绝一切参观。

　　“我有信心哈工大是(航天部门)优先考虑的对象。”邓宗全说。他估计，最后的竞标结果可能是由少数几家为主设计，然后综合各方面的意见和建议，“不可能大家一起来设计，就像炒菜，不可能10个厨师来炒一盘菜。”

　　“我们乐于参加投标”

　　上海交通大学就在全力争取这极其有限的少数名额。当国家宣布正式启动探月计划之后，他们立即跟进，在今年1月15日组建了空天科学技术研究院，并为月球车项目取了一个与“嫦娥工程”同样浪漫的名字———“吴刚计划”。

　　4月7日，上海交大的月球车项目负责人曹其新教授说，他们正在根据航天部门出台的技术指标来研发最新的月球车。他特别强调，“这是一款真正适合月面环境的月球车，而不是地球车。”

　　从时间上看，上海交大可能是国内最早从事月球车研究的高校。1997年，上海交大机器人研究所就开始了月球车关键技术的研究工作，先后有一位博士和3位硕士以月球车为对象完成了学位论文。在各种机器人大赛和“2002上海国际工博会”上，他们总共亮相过6种月球车模型。

　　4月初，他们再次向媒体展示了其中的一款“小蛛行人”月球车。这款月球车有5个车轮，不仅有很强的越障能力，还能在侧身超过30度的角度时保持行进平衡。

　　不过，最新款的车型要等到明年正式竞标时才会公开。曹其新承认，如果竞争失败，会对交大的月球车项目产生一定影响，但“我们乐于竞标，它的结果不会影响我们深空探测这个长期的研究方向”。

　　大规模深空探测无疑需要更多的形形色色的宇宙车，而月球车一旦研制成功，许多关键技术都可以直接应用到这些宇宙车中。他举例说，“把月球车方案稍作修改，就可以运用到将来的火星探测中去。”

　　北京航空航天大学也对竞标表现出了坚决的态度。在丁水汀看来，北航做这件事是“责无旁贷”———他们拥有多学科的航天特色。校方也高度重视这个项目，在今年春节之后的第一次校长办公会议上，校长李未就专门听取了月球车项目的汇报。

　　他们计划在今年5月份推出最新的样车。丁水汀向本报记者播放了一段长约2分钟的新款月球车三维动画，它有着独特的“变径轮”设计：在崎岖不平的路面上，轮子的直径可以自由伸缩，以保持车身水平———如同一个舞者的肢体，灵巧、柔顺。

　　他们把月球车和火星车都称为“非常规行走机构”。2001年，北航汽车工程系高峰教授就开始了火星车的研究，他们研制的一个火星车模型后来被山东省科技馆高价买走。现在，他们要把积累下来的特色和经验集中在5月份的产品上。

　　对于月球车的制造者来说，月球车要比火星车面临更糟糕的空间环境，但是它对星际通讯的要求又比火星车低：前者是2.6秒，后者需要20分钟。

　　“我们期望2012年的那辆月球车能印上‘北航制造’的标签，哪怕是贡献一小部分技术。”丁水汀说。

　　其他研制者似乎更愿意低调参加竞选。在欧阳自远发布“招标书”后，航天科技集团第五研究院第502研究所、清华大学和中国科学技术大学等单位均收紧了口风，他们表示目前“仍处在保密阶段”。

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　　前苏联和美国的5款月球车

　　1970年11月17日，航天史上的第一辆月球车搭载前苏联“月球”17号探测器登陆月球。这是一款无人驾驶型月球车，长2.2米，宽1.6米，重756公斤，由轮式底盘和仪器舱组成，用太阳能电池板和蓄电池联合供电。

　　它的底盘上装有8个51厘米直径的轮子，通过电动机驱动和使用电磁继电器制动。仪器舱内安置了遥测系统和电视摄像系统，由位于莫斯科附近深空探测中心的5位科学家控制，他们把它命名为“月球车1号”。

　　由于夜晚月面极度寒冷，仪器舱内还装有一枚同位素热源以保温。“月球车1号”总共行驶了10540米，考察了80000平方米范围的月面，拍摄照片超过20000张，在行车线的500个点上对月壤进行了物理力学特性分析，并对25个点的月壤进行了化学分析。此外，它还收集了大量月面辐射数据。

　　原本设计寿命只有90天的“月球车1号”，在月球“雨海”地区游历了10个半月，直至携带的核能耗尽。

　　“月球车1号”的成功，让美国的航天专家极为震惊。1971年7月26日，“阿波罗”15号飞船把美国第一辆月球车--“巡行者1号”带上月面。与“月球车1号”不同的是，这是一款有人驾驶型月球车。

　　“巡行者1号”价值4000万美元，长3米，宽1.8米，重209公斤。它是一个双座四轮的自动行走装置，以电池为动力，最高时速可达16公里。7月31日，“阿波罗”15号飞船上的宇航员斯科特(David　R. Scott)和艾尔文(James　B. Irwin)开始驾驶这辆月球车在月面上遨游。

　　他们总共出舱活动3次，时间长达18个小时。其中驾车时间大约6个小时，在27.9公里的旅程中，他们以车代步，爬越障碍，翻越沟壑，对山脉、峡谷和火山口进行考察，并把清晰的彩色图像传回地面，场面激动人心。

　　“巡行者1号”似乎在设计上有一些瑕疵，在一次旅行中它的前舵轮操作不灵，回转系统出了故障，斯科特只得靠后轮拐弯。

　　1972年4月22日，“阿波罗”16号飞船的两名宇航员在月面笛卡儿高地乘坐“巡行者2号”行驶了9.5公里。这一次，他们在月球上停留了71个小时，并顺利带回205公斤年龄达46亿年的岩石。

　　7个月后的12月6日，“巡行者3号”--也是美国到目前为止最后一辆月球车--搭载“阿波罗”17号飞船在月面陶拉斯·利特罗山脉登陆。宇航员在月球上历时75小时，乘月球车行进距离达到35公里。他们在这一次探险中获得重大发现，找到了桔黄色和深红色的土壤。

　　1972年12月14日，“阿波罗”17号成为离开月球的最后一个载人航天器，宇航员格尔曼成为最后一个将足迹留在月球的人。但是人类对月球的探索并未终止，1973年1月8日，前苏联再次把一辆无人驾驶型“月球车2号”释放在月面的“澄海”地区。

　　这辆更为先进的月球车重840公斤，在4个月的时间里漫游了37公里，发回88张月面全景图，并用车载的X射线分光计对月球土壤进行了化学分析。(本报驻京记者徐彬整理)