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软着陆器登陆过程 制图 丁华勇
中国空间设计院牵头研制的月球车在进行沙漠实验。
2007年，中国登月计划即将跨出第一步。随着这一梦想的付诸实施，一大批国内自制的航天探测器将陆续进入公众的视野。
2012年，“嫦娥工程”将实现“落地”，月球车、着陆器也将发挥重要角色。“月球车，从软着陆器上跑下来，然后要在月球上走，这里面有好多问题。”中国科学院院士、中国探月工程首席科学家欧阳自远反复强调其中的技术难关。与此同时，为了解决月球地面、温度、辐射等一系列问题，中国各个科研单位的研究人员正绞尽脑汁制造中国版的月球车。
第六届珠海航展上，一辆金光闪闪的月球车首次亮相。不同以往哈工大、上海交大的单打独斗，此次亮相的月球车称得上是集体的智慧：中国空间设计院牵头，哈工大主要负责制作了本次航展所展示月球车的移动系统和底盘，沈阳自动化研究所负责机械臂的研究制造。“尽管是一原理样机，在真正应用时还需做一系列改进，但是展示的原理样机中集结了各个研究单位的优势已有体现，”中国空间技术研究院总体部深空探测室副主任贾阳指出，尽管此前有消息称，国内各科研机构都在竞争月球车项目，但事实上新一代航天器的研发必须集结众多研究单位的优势。
其实，国内众多科研单位聚焦月球车的背后，昭示的是我们的深空探测已启程。深空探测中，飞过去、环绕，在表面上着陆，巡视行走，或者是撞击，形式多样。“而在这些探测形式里，巡视探测是比较重要的形式之一，这与卫星、载人飞船等航天器差别比较明显。”贾阳表示除了月球车外，新一代的航天探测器还将包括着陆器、采样装置等等。中国的科研人员正在这些探测项目的相关领域中，积极开展研究工作。
中国版月球车首次公开亮相
今年12月“嫦娥一号”卫星将出厂待命；明年4月，“嫦娥一号”将由西昌卫星发射基地直入广寒宫。中国探月工程已进入实施阶段。2012年，中国的第一个软着陆器将登陆月面。
探月工程开启了中国深空探测事业的大门。由此开始，一系列的深空探测器将逐渐进入人们的视野。“月球车”则是其中的首发队员。
这是一次“集体活动”
刚刚结束的珠海航展上，由中国空间设计研究院牵头，集众多科研单位研究成果于一身的月球车首次亮相。此前，哈尔滨工业大学曾制造过一款“六轮摇臂转向架式”月球车，可以看到著名的火星表面探测器“索杰纳”火星车(Sojourner)的影子。上海交通大学也制作过一款外形炫目的“小蛛行人”月球车。相比之下，此次登场的月球车外观平常——金光闪闪、六个轮子、三对“眼睛”、六台高清晰相机每隔数秒就会拍摄周围环境照片。
这是多家科研单位合作的结果。哈工大主要负责制作它的移动系统和底盘，沈阳自动化所做的是机械臂。
嫦娥工程的第一阶段是“绕”，发一个与卫星相似的探测器，绕着月球飞，完成科学探测任务。第二阶段是“落”，发射软着陆器和月面巡视探测器。第三步主要是发射进行采样返回，也就是发射着陆器并且解决上升返回地球的技术问题。
两年多前，贾阳和陈建新等几十位科研人员一起开始接触月球车原理样机研制工作。“当时嫦娥工程已经开始。月球车是二期工程的重点项目。”贾阳是中国空间技术研究院“月球车”课题组的负责人之一。他解释说，“这是一类特殊的航天器，能够在月球表面移动、适应月球环境，完成探测任务。与绕着地球的卫星、载人飞船都有区别。”
在他的印象中，中国空间技术设计研究院着手月球车原理样机研制时，国内月球车的研制早已呈“诸侯纷争”之势。哈工大、北航、清华、沈阳自动化研究所、上海交大等在内的至少14家科研单位都进行了相关的研发工作。贾阳指出，许多科研单位在此前的研究中多是从与月球车某个相关角度切入。随着“嫦娥工程”的开展，各种“月球车”逐渐向其靠拢。他以“移动技术”为例说，各单位独立研究的“一部分工作会在未来的工程实施中结合起来，但并不是全部。而中国空间技术设计研究院的介入，是从总体上考虑。综合分析移动系统，还包括导航控制、探测、热控能力等。”
这个团队在认真吸取了其他科研单位在移动、导航方面做的工作经验后，已经与多家研究单位形成了联盟，并制造出了航展上的月球车样机。他表示，这辆月球车肯定是集结了中国月球车研制工作中的所有优势。
究竟哪辆月球车会入选“嫦娥工程”？上海交通大学“月球车”项目负责人曹其新表示有关方面肯定要考虑到多方因素，“不会说每一个研究单位都能分享结果”。贾阳也表示，最终登月的月球车可能是一家作为总体牵头单位，很多家共同努力的结果。
每项技术都打上中国之名
在贾阳等看来，月球车的大体形状是，一个方盒子、六个轮子，通过摇臂悬架连接。车体前端上方有若干个相机，探测周围地貌起伏情况。后面立起的是一个定向天线。在月球车上有个接臂，接臂末端有一“岩芯取样器”，就是研磨器，而月球车内部则是测路雷达。“未来真正落月的月球车还需要做一些改进工作，我们现在能看到的月球车体现的是实现功能的技术思路方法与未来相同或相近。”
1970年11月17日，前苏联的“月球17号”探测器登陆月球，释放了第一辆真正意义上的月球车。随后，美国的“阿波罗15号”飞船将人类第一辆有人驾驶月球车送上月面。曹其新指出，目前国内各个研究团队的成果，都逃不脱国外月球车的影子。
然而，中国的月球车并不是克隆产品。贾阳指出，尽管深空探测的国际合作相对比较容易开展，但是“月球车”的相关核心技术还必须实现自主开发，逐步突破。这里所说的“关键技术”，不仅仅是工程技术，还包括模拟月球环境等研究项目。只有各项技术齐头并进，才能让月球车的月面探测工作成为现实。
比如，在地球表面模拟月球重力。从原理上说，这有许多方法：用气球挂起来、用飞机模拟半失重状态等等。但具体到实践细节上，各种方法的效果会与月球的真实情况存在差异，探索是否成功还需要中国科研人员的努力。“在此意义上，这台月球车很中国。移动、导航、自主控制……，每一项技术都会打上中国的名字。”
贾阳进一步指出，目前国内月球车水平与国外相比，存在很大差距，但由于各项航天技术的发展，“我们已经在较好的基础上来做这个工作了。追赶的时间并不会太漫长。”
并不止步于探月
“月球车上的技术在其他航天技术上也会得到应用。如果我们解决好在月球上的自主控制能力，那也可提高在地球周围的航天器，”贾阳表示，届时一旦发生故障，这些航天器便能自己维护，这对非深空探测领域是一大技术推动。
“月球车研究有个延续性。关键技术掌握了，除月球外，稍做改装还可以投入火星探测之用。”曹其新表示，“以后我们还要搞深空探测研究所，如果月球车没机会了，但还有火星车，另外月球建基地，需要各种机器人。”当然，火星车并不仅仅将月球车改个名就行了。考虑到月球与火星星球环境的不同，火星车会做适当改进，不过移动、导航、自主性的大框架还是一致的。
其实，早在2004年，北航已尝试设计了我国第一个火星探测器。这个探测器名叫“火星探路者”，是以美国宇航局的“漫游者”号为原型设计的。“火星探路者”有六个轮子，轮子之间独立驱动，每个轮子中都有两个发动机。
更重要的是，月球车的研究成果不仅只能应用于宇宙探测。在贾阳等研究人员看来，月球车的研究还能对其他地面技术有所推动。轮子在月球表面能走了，也能推动对地面力学的发展。此外，月球车上两个眼睛，体现了双目视觉技术。将其搬用到地球上的车辆上，采用计算机驾驶，人就可以在夜间驾驶时睡觉。
-纵深
攻克月球车制造难点
难点1 重力
月球重力是地球的1/6.那便意味着，质量为50千克的东西，在地球上所受重力约500牛。到了月球表面则变成约80牛。因此，月球表面的土壤非常松软，月球车的行进效率会降低。
难点2 路况
月球表面崎岖不平的路面，有石块、有陨石坑，还有坡。在这种情况下，设计的轮子便需要克服重重障碍，既不能打滑，也不能翻车，必须做到前进、后退、转弯、爬坡，样样在行。
难点3 温度
在月球的一个自转周期内，温度相差可以达到310℃。月面上如此急剧变化的温度环境会使橡胶迅速老化，因此月球车轮胎要使用特殊材料，克服温差。
难点4 人工智能
月球车是个智能机器人，需要具备独立处理各种环境的能力。由于距离太远，无法通过遥控的方法处理反馈信息。月球车需要配置若干个传感器，在得知周围环境、自身姿态、位置等信息后，通过地面或车内装置，形成三维地形图。进而编辑方向，勾画出到达目标点的路径，并导航控制月球车走到目的地。
难点5 电力供应
月球的自转引起月面的昼夜变化。月球上一天的时间，大约相当于地球上的27天略多。因此，月球昼夜间隔大约相当于地球上的14天。也就是说，登上月球以后的月球车，最多可以连续工作14天，进入月夜以后，它由于无法通过光能发电，进入休眠状态。14天后，又能自动醒来。
本专题感谢：
欧阳自远(中国科学院院士、中国探月工程首席科学家)
贾阳(中国空间技术研究院总体部深空探测室副主任)
曹其新(上海交通大学机械工程学院教授) | |
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