原标题:越障过坑,“玉兔”漫步月球背面 全能“风火轮”上海航天造

玉兔二号月球车车轮。 国家航天局供图玉兔二号月球车车轮。 国家航天局供图

  记者从国家航天局获悉,嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器分离后按计划开展了相关工作。截至1月4日17时,着陆器上低频射电频谱仪的三根5米天线展开到位,德国的月表中子及辐射剂量探测仪开机测试,地形地貌相机拍摄的影像图陆续传回地面。此后,嫦娥四号将迎来月昼高温考验,巡视器择机进入“午休”模式,预计于1月10日唤醒。

  玉兔二号是如何从着陆器上走下来的?接下来,要想漫步月背,小玉兔还要面临哪些挑战?就这些问题,记者采访了为玉兔打造“风火轮”的上海航天技术研究院相关专家。

  稳稳走向月背

  嫦娥四号探测器着陆月球后,为了能让玉兔二号月球车安全从着陆器中走下来,上海航天的设计师们可谓费尽心思。“我们为玉兔二号设计了两根转移机构悬梯导轨,类似古代的吊桥。只要玉兔二号能精确地将左右两边的车轮分别行驶到两根导轨上,并保持稳定,就可以安全到达月背。”嫦娥四号副总指挥兼副总设计师张玉花说。

  但保持稳定并非易事,因为最后着陆器并不一定降落在较为平坦的月背上,一旦着陆在崎岖的高地或月尘厚度、松软度不均的地方,着陆器、巡视器倾斜,两根导轨之间就可能存在倾斜角度。就算降落在平面上,释放悬梯导轨过程中,玉兔二号车轮也可能滑动,万一滑落,后果不堪设想。为此,上海航天805所移动分系统、控制驱动组件的设计师们联合攻关,提高巡视器的静态稳定性。他们从车轮的棘爪入手,使车轮棘爪与导轨悬梯上的棘齿咬合,月球车就可稳稳地停在导轨上。

  自如行驶不翻车

  嫦娥四号移动分系统主任设计师刘殿富说,月球表面干燥、松软的月壤承载能力较低,巡视器的自重、车轮设计如果不能满足月壤的承压能力,就可能出现车轮打滑、下陷问题。

  为了给巡视器减重,上海航天移动分系统设计师们动了很多脑筋。经过大量数字化仿真试验,他们大胆采用了行进驱动、转向驱动、车轮一体化设计,以及一体成型式轮毂、中空式摇臂、差动机构等构型设计。实现了在保证释放分离过程中的承载刚度指标情况下,以移动分系统自身20.5千克的重量承载整个玉兔二号135千克重量的巨大突破。

  解决了轻量化设计问题,并不意味着玉兔二号就能够在月背上行驶自如。巡视器除了能够前进、后退、转向、制动,还需要会越障、过坑。805所的月球车移动分系统采用了主副摇臂差动式悬架、六轮独立驱动、四轮独立转向的构型方案。通俗来说,如果单侧某一车轮越过200毫米高的障碍时,月球车能在差动机构和摇臂作用下被动适应月背地形,保证月球车所有车轮均与月背接触,且越障时车体的俯仰角比一般车辆减少一半。同时,从驱动能力上保证了即使行进间某个轮子被卡住,其他独立驱动的车轮也能帮助月球车摆脱陷阱,继续前进。

  伴随太阳升降作息

  一个月夜/月昼相当于地球上的14天,在没有光照的漫长黑夜里,对于依靠太阳能提供能量的嫦娥四号着陆器和玉兔二号来说,如何依靠自身存储的能量安全度过月夜,将是一个很大的挑战。更要命的是,要面临月昼和月夜的极端温差,月夜最低温度可达零下180摄氏度。

  面对这一难题,研制人员提出了休眠唤醒的概念。当太阳缓慢地升起时,着陆器和巡视器将开始忙碌的14天工作——着陆器在原地实施科学探测;玉兔二号则漫步月背巡视探测。当月夜降临时,会为自己找好栖身之所,收起桅杆,合上太阳翼,开始休眠。一直到太阳照射到月球车太阳翼的电池片上,沉睡的玉兔二号和着陆器将被唤醒,开启又一次勘测。

  科研人员为了能够让玉兔二号在月背走得更稳、更远、更广,设计团队专门为它定义了感知、移动、探测、充电、安全、月昼转月夜、休眠、月夜转月昼八种工作模式,应对不同工作环境、适应不同工作状态。