月球车过障碍物
李小萌：您好观众朋友，欢迎来到《新闻会客厅》。在两天以前，中国探月工程的总指挥栾恩杰对外宣布说，国务院已经批准了探月工程的二期工程，在二期工程当中要实现的是在月球表面的软着陆以及实现月球车自动探测和勘察，大家都知道去年嫦娥一号顺利实现了绕月飞行，二期工程要想能够完成，非常关键的就在于我们俗称的月球车，月球车最终的方案一定也是一个博采众长的方案，今天我们就来看一看未来的月球车有可能是什么样子，我们今天先请到的这组月球车的制作和设计者，他们就在我的身边，就是他们两位，有点意外，跟观众朋友介绍一下自己。
马伏波：我是中关村四小的马伏波。
俞鸿飞：我是中关村四小的俞鸿飞。
李小萌：你们俩真的把月球车带来了吗今天？
马伏波：带来了。
俞鸿飞：原理样机。
李小萌：这说得就挺专业的，让大家看看你们这月球车到什么水平？
俞鸿飞：模型。
李小萌：它有什么好处，有什么特长？
马伏波：特长就是它没有操控的，就是在这儿随便按一按。
李小萌：那你让它走走我们看看吧，这是你们俩自己做的是吗？
马伏波：对。
李小萌：让大家看看。
俞鸿飞：拐弯了。
李小萌：真自动。
俞鸿飞：有点失败。
李小萌：有点失败，怎么失败了？
俞鸿飞：就是这个不太稳定。
俞鸿飞：还是有点。
李小萌：直接出界了，给这个小月球车一个掌声。你知不知道你这个车跟月球车之间存在的差距是在哪儿？
马伏波：首先我觉得它没有外壳，一到月球上肯定禁不住月球的环境。第二我是觉得那些系统可能有些不太好，一到月球上，没有防失灵装备。
李小萌：你知道还有什么差距吗？
俞鸿飞：这车太小，肯定走不了月球上那种那么坎坷的路面。还有就是一般月球车不会太全自动，得遥控，这个也没法遥控。
李小萌：还挺谦虚的，也挺知道自己的问题在哪儿，虽然看到他们俩的月球车，大家还觉得充满了稚气，但是如果没有这些孩子们心中的梦想，真正的月球车也设计不出来，今天我们也请到了长大了的马伏波和俞鸿飞，介绍一下我们两位来宾，是中国北方车辆研究所的所长毛明以及月球车行走系统的主设计师苏波，欢迎他们两位，有请。刚才看到孩子们拿的小车，我不知道毛所长看了之后有什么评价？
毛明：看到两位小孩做的这个月球车，也确实很兴奋，我们的孩子都能够到这样一个科学素养，我们中华民族的复兴，我们中华民族的崛起就为期不远了。
李小萌：但是不管怎么说，他们这个月球车是经过大家检验的，您带来的月球车也要让大家检验一下，给我们展示一下。
苏波：我们来展示一下。
李小萌：这和真正的月球车是一个一比一的大小吗？
毛明：是，是按我们国家这次探月卫星设计的要求，我们设计的。
李小萌：现在它每一个动作您给我们讲解一下，这是在做什么？
毛明：现在是从卫星里面，我们要把它展开。
李小萌：在运输的过程中是一个最小的体积，然后再展开，这是把轮子给展开了。
毛明：是。
李小萌：当它登陆月球的时候，这些动作自己完成，现在还是遥控完成的。
毛明：我们也可以遥控，也可以让它自己完成，这都可以。
李小萌：现在这是在干什么呢？
毛明：它站起来。
李小萌：很神奇。
毛明：它给大家致敬呢，敬礼呢。
李小萌：还做个揖是吗？谢谢你。
毛明：给大家挥挥手。
李小萌：举双手致意。登月的时候不会有这动作吧？
毛明：没有，不需要这个动作。这是给大家致意一下。
李小萌：它能鼓掌吗？
毛明：不能。
苏波：如果两个轮子碰到一起可能就会出现危险，这样就可以从卫星里面开出来了。
李小萌：开始移动了。那些装置的仪器探测仪器不展示开吗？
毛明：可以展示开。
李小萌：这么大块的石头。
毛明：下来以后可以展开，如果下来马上碰到这个东西怎么办？
李小萌：先得移动，挺高的石头，这石头得有20多公分高了。看着还比较轻松，过这么大块石头，这个轮子的距离不一样了。
毛明：可以调整，随时可以调整。
苏波：它在演示一个动作，在遇到一定特殊环境的时候，它可以用这种人的模拟生物的那种跨步的方式。
毛明：这是在走。
李小萌：不仅仅轮子在滚，在走路，这个动作可以克服什么样地面的状态呢？
苏波：最典型当它遇到松软的坡度，30度以上，我们用轮子很难实现这种坡度。
李小萌：迈步的方式。每个轮子还可以自己单独转向。
毛明：这是最小的转向。
李小萌：360度可以转。
毛明：对。
李小萌：我到现在为止咱们看的都是它行走的能力，但是一架月球车绝不仅仅是能行走，它应该还有其它大家毕竟要实现自动探测这些功能，这辆月球车上都具备了吗？
毛明：这是一个行走装置，但是我们为了模拟月球车，前面也放了一个可以取样的这么一个东西。
李小萌：大家也知道其实前苏联、美国一些国家都也这个月球车登陆了，但是也曾经有一些月球车就牺牲在月球上了，咱们来看一个图片。这就是1973年叫做月球车二号吧，我想毛所长你比我更熟悉，您讲讲它当时悲壮的过程。
毛明：1973年前苏联有一个月球车，当时就在火星坑里面爬不出来，爬的过程中又因为月球上面的月壤比较松，就把它的电池板都给遮挡住了，最后就牺牲在那里。
李小萌：它等于就是登月之后没有工作太长时间就牺牲了。
毛明：大家平常也知道，2004年在美国的火星车也费了很长时间的劲，有一个障碍才突破，才出来。
李小萌：您今天带来的新式武器，能不能避免发生这样的情况？
毛明：能。可能大家也是觉得很奇怪，我们作为中国北方车辆研究所怎么来做这个月球车，航天人是把我们基于天机，把我们这样一些设备、卫星或者宇宙飞船送到太空上去，现在我们月球车是路机，是要在月球表面上要行走，怎么能够行走？应该说我们认为是车辆人的事儿，为什么这么讲呢？大家可能平常都能看到我们在陆地上要行走的话，有些情况下是走不动的，刚刚发生的雪灾，在冰面上好多车可能就走不动，大家也知道在一些沙面上可能也走不动，在月亮表面上，月球上面的月壤是一种什么样？我们要分析月壤的力学特性，你不分析的话是走不了的。这是一个要搞车辆的要解决的，这是一种。
李小萌：毛所长打断您一下，我知道好多事儿慢慢说，不着急一口气把这个说完，咱们听听小朋友，刚才马伏波跟俞鸿飞看完，这个车走完了，你们对这个车，刚才毛所长对你们的车有评价了，你们也给一个对这个车的评价。
马伏波：我们认为这个车比我们的车起码要好，因为第一点它旁边有这种防护的装备，不像我们那车，上去之后，可能会遭到一些破坏之类的。
李小萌：哪儿有防护装备，我怎么没看出来？
马伏波：旁边的壳起码可以防护一些。
李小萌：还有什么好处？
马伏波：还有它轮子大，肯定比我们那些小轮子，石头能跨得多。
李小萌：别的优势没了？
马伏波：别的就请俞鸿飞说。
俞鸿飞：还有就是它是能无线遥控的，可以在地球上对它进行遥控监测。
李小萌：不难为你们了，咱们让这边的大哥哥们说说，来自北京理工大学的同学们，你们刚才看了这个车之后，看了它的行走能力，比你们想象得怎么样？
观众：刚才我看到这个车翻越这个石头的时候，我觉得它的行走能力非常非常强，我觉得结构是非常非常复杂的，我比较感兴趣的是这个车轮上面这个钢的材料是什么做的？我觉得这个强度非常惊人。
李小萌：毛所长您回答一下刚才这位同学关心的材料问题，然后我们请苏波回答一下这个复杂结构怎么回事。
毛明：刚才这位同学问到材料，在太空环境里面氧不是一种分子状态，它是一种原子状态，它很容易腐蚀一些材料，温差很大，在这样里面润滑、密封，怎么个做法，强度很高，这个材料需要很轻，因为要把它送到38万公里的月球上面去，这都是航天人要解决的一些问题。我们做车辆的人是要解决怎么在月面上行走。
李小萌：明白了，今天我们主要解决是怎么在月面能够行动起来，无障碍地行走。既然刚才那位同学问到了轮子，这个轮子现在是一个传统的轮子的形状，但上面有一些齿露在外面，这个方案经过了几番之后才确定为今天这个样子的呢？
苏波：我们这个车轮，从开始月球车研究之初就开始研究这个车轮，应该说有几十个车轮，做出这个样品来做，今天拿过来三个典型的，给大家展示一下，这种就是世界上非常典型的月球车车轮，前苏联刚才主持人放的那个月球车一号、二号都是用这种车轮，在学术界用一种通俗的语言来描述就是沙网车轮。
李小萌：为什么要用沙网来做这个车轮？
苏波：第一点，它为了减轻整个的车的重量，用沙网可能比用整个金属的要轻一些。第二点，又想到如果用沙网的话，在月面上滚动，月壤陷到轮胎里面了，因为它是沙网的，可以漏出来，这是简单的基本原理。这是我们做的第二版车轮，它两个不进行对比，我们又要延续它以前的思想，上面也做了很多镂空的孔，如果沙子进来，也会漏出去，为什么要用金属的呢？我们发现现在如果用金属的车轮，轮胎的能力可能要比以前沙网的轮胎的能力，它的强度要强很多，它的重量又不会增加，为什么？因为我们现在有很多合金的材料，可能把它做得很薄，而且很精致，重量很轻，还要达到跟它同样的效果，我觉得这种方案是更好的一种方案。再往下走，就会有更加理想的一种方案，这是现在车上车轮的一个样本，但是它也不是最完善的，它只是我们想达到某一个功能而实现的，它简单地说从这个发展来说，它可能比前两个车轮考虑得更周到一些，现在所有的轮胎比较封闭了，它的强度就会更高。
李小萌：不需要让沙子能够快速漏过去吗？
苏波：对，我需要在内网设计一个斜面，有很微小的一个斜面，沙子滚进来以后在轮子滚动过程中会流出，我们解决这个问题了。这个问题解决了以后还有其它问题，比如说你现在我们叫抓地爪也可以叫履齿，它的分布会影响到车本身的行驶性能，这里面又有很多学问。
李小萌：这个比刚才第二个方案又窄了不少，这个又解决的是什么问题？宽的不是稳定性更高吗？
苏波：对，您说得非常对，非常专业。这个车轮，它们俩的宽度或者直径没有一个可对比性，这个车轮是我们根据整车的需要去选择它的宽度和它的厚度。
李小萌：可调的。
苏波：刚才小朋友介绍的，如果是四个车轮，就四点接地，轮胎的宽度或者直径会有所增加，如果用六个车轮会小一些，如果用八个车轮也可能会更小一些。
李小萌：那就是你们提供轮子的方案就是将来的月球车需要大概什么样的你们还可以根据那个需要来定它的宽窄大小。
苏波：我们把这个设计车轮的一些方法、依据来实现了，只要给我提出一个要求，我们能很快地把每个环节，相当于我设计一个系统，有若干个边界条件，就是这些条件来约束，最终得到结果是惟一的，只能选择这种方案，就可以实现未来的。
李小萌：毛所长，刚才苏波也说了，没有一个具体的更加细致的各个区域的土壤方案，你们在做试验的时候，能拿几种土壤的方案来进行一个初步的探测？
毛明：对，在月球上大家都知道是火山灰，它有很多不同的力学特性的一些月壤，我们就要来配，我们可以到五大连池去找回来一些火山灰，不同的火山灰把它配在一起，然后我们来测试它的力学特性，在不同的力学特性下再来研究，是一种什么样的驱动轮子在上面走效率最高。
李小萌：刚才您一边说一遍使劲瞟这三个杯子，我也跟着使劲看这三个杯子，看来这就是三种不同的土壤，它们的不同之处，除了颜色不一样，还能用什么方式让我们感受到它们的不同？
苏波：地球上的土壤到底跟月球土壤有多大的差别，我们用比较简单的方法。
李小萌：您这是要试了，能不能请我们的小朋友来试？
苏波：太好了。
李小萌：咱们让你们俩的同学好不好？站到这边。
苏波：这样我就一个个杯子做，我现在把这个杯子里的沙子松散化。然后你把这个钢球扔进去，放在杯口。
李小萌：陷进去一半。
苏波：大家看，松散了，陷下去一半。我们再做第二个杯子好吗？
李小萌：比刚才体积大了。
苏波：对。钢球已经没入中间了，而且没有任何痕迹了。我们做第三个杯子，很松散，我们再从上面看，各位可以看一下，它有一个很明显的痕迹，我们在很多以前前苏联和美国的登月的照片上可以看到，阿姆斯特朗的脚印就是这种状态。
李小萌：他们俩完成任务了吗？
苏波：好。
李小萌：完成任务了是吧？好玩吗？
同学：挺好玩的。
李小萌：那谢谢你们，坐回去好吗？可能大家离得远，我在这儿看得清楚一些，这个杯子是钢珠陷下一半，另外那个是珠扔下去马上消失了，第三个如果你俯视，会看到一个洞，然后看到那个钢珠深陷在里面，这三种不同的情况说明什么？
苏波：大家可以看到，在地球上的沙子跟在月球上土壤之间有本质的区别，有什么区别呢？就是当我们踩下去以后，或者我们这个物体，放到这个上面以后，在月球上可能会有沉陷的可能，它们的承载力是不一样的，当初美国阿波罗第一次登月的时候也很担心，担心这个人从登月舱里面一走出来，到这个月壤“刷”一下就没了。
李小萌：就像第二个杯子一样。
苏波：对，当然这种现象实际上证明是不存在的，为什么呢？因为月球上这种土壤分别高度只有20到30公分，对人来说是不会下陷的，但对于一个车来说已经非常关键了，为什么要拿出三个杯子，三种土壤来给大家看呢？我想给大家展示一个，就是说地球上土壤，本身也是不一样的，比如说我们做特种车辆的，我们采集天南海北的土壤，新疆的沙子、内蒙的沙子、南方的泥泞的我们去做标本实验，月球上同样如此，我们这两种二号和三号土壤是月球上都是典型的土壤，它们两个之间还有着很大的差别，如果我们根据这种某一点土壤的性质来做我们的月球车的车轮或者行走系统也存在一定的风险，我们需要做什么呢？需要把整个范围的参数土壤都配制出来，然后反复地做各种实验，然后得到一个规律的曲线，这个曲线不光是我们做这个土壤这部分还能够完成，甚至我们没有得到土壤，还能够延伸来实现，这样我们做出的这个行走系统，这个车轮到月球上才不至于出现重大的失误。
李小萌：那就以能在最松软的土壤上走路为标准设计不就行了？
苏波：这牵扯土壤颗粒之间相互作用的一种关系，这就是车辆地面力学、土壤力学所需要研究的一个范畴。
李小萌：刚才同学们还关心的是它能够越野，它能够自己360度转，说明它有一个非常复杂的是叫什么？悬挂系统、动力系统，这个是怎么回事，能不能再给我们讲得更清楚一点，你第二个道具是不是要派上用场了？
苏波：对，那我就现场在那个上面讲。
毛明：你说的这个就是第三个问题了，怎么通过障碍，通过比较高的这样的障碍。
李小萌：它能越过的最高的障碍是多高？
毛明：我们根据设计的要求，可以随便。
李小萌：随便一百米？
毛明：但不是这个，我们根据你的要求可以给你设计一百米的。
苏波：我们目前跨越的障碍高度是600毫米。大家可能看不见。
李小萌：这个其实就是现场把上面那个箱体卸掉以后的底盘。
苏波：刚才我觉得我说得太专业了，可能大家有点觉得太枯燥了。
李小萌：您意识到了，很高兴。
苏波：我们现在用更通俗的办法讲解这个问题，从地面力学的角度，要求作为一个行走系统，必须保证它每一个跟地面接触的点永远是接触地面的。第二个，接触的每一点应该是均匀接触，不应该说它把所有的重力压到这个车轮，而这个车轮变得很轻，大家开车的时候就会感觉到，就会翻车，我们做这个目的就是为了来防止这种车辆动态载荷的不均匀性来实现这种功能，我们的悬架，它是一个被动的悬架，就是它可以自由的状态，当前轮遇到石头的时候，前轮会被石头抬起来，压起来，但是后轮相应自然就下去了，当我们这个车轮遇到一个很高的障碍的时候，我保证每个车轮仍然是在地面上接触，它的牵引力是一样的。
李小萌：六个车轮都是在地面上，不管是过什么样的障碍的时候。
苏波：如果我们这个转动一个角度以后，大家可以看到，如果正常的，按照直角关系应该斜着跟地面接触，而怎么保证直着跟地面接触呢？我们申请专利的一个平行四边形机构，保证整个车都会跟地面永远是垂直接触的，不管遇到什么样的障碍。另外还有一个，刚才主持人也提到了，我们开汽车经常会遇到托底怎么办？石头从中间过，刚才石头从旁边过了，中间过怎么办？在这个小的机构里有一个非常精密的机构，它能保证刚才大家看的行走系统给大家敬礼的时候能把前面两个轮子抬起来，这其实不是一个只是单纯演示它的致敬或者它的功能，而是干吗呢？当它遇到障碍的时候，被动的活动这个东西就变成锁死的一个东西了，它能把整个车抬得更好，然后石头从上面经过。
李小萌：行，请您回来就坐。刚才苏波讲了，不管碰到什么障碍，六个轮子都不离地，我们的操作人员能不能让大家再看一下，过障碍的时候六个轮子都不会有一个悬空，能不能再来一下。
毛明：并且让它垂直地接触。
李小萌：让我们演示一下。大家注意看，它没有一个轮子悬空起到的是什么保障呢？不会容易翻车，失重一样。
苏波：对，当轮子转的时候，它要有动力的，如果悬空的时候，是无偿地使用动力了。大家可以看，第二个车轮登上石头以后，第三个车轮一直在地表面，永远都是压着地表面。
李小萌：看清楚了吗？看清楚了。
苏波：这也是我们跟小朋友设计的月球车一个很大的区别我想。
李小萌：刚才苏波已经把这里边的玄机都给介绍了，把专利也都说了，我们播出之后很快有人就照着这个做了，怎么办？
毛明：当然我们有知识产权保护，我们也是非常渴望把我们的设计思想拿出来跟航天部门，还跟一些高校来分享，集全国人民的智慧，来把我们的月球的二期工程做好。
李小萌：真的不怕有人照着这个马上出一个其它方案吗？
毛明：不怕。
苏波：这个我有一点补充，我们前期所做的工作，我理解并没有在外形上，这个外形上投入多的精力，所以我觉得个人认为，如果仿制它，可能对咱们国家或者对于哪个方面可能都不一定是很有前景的。
李小萌：探月是属于航天工程，而月球车的学名叫做月球探测什么远程控制机器人，最初的时候你们毕竟是研究车辆或者特种车辆的，怎么想到说探月工程和你们直接有关系的呢？
毛明：事实上在俄罗斯、美国搞月球车都是从搞车辆的研究所在搞，俄罗斯现在最有名的，全俄运输机械研究所就是搞地面车辆的，现在全世界的星球车，他们研发得最好，水平最高，所以我们作为我们搞路机机动平台这么一个研究所，应该说有能力来做这么一个月球车,我们用什么样的行走机构能够在这种结构力学的这种月壤上面能够行走，另外在月壤上面这样复杂的这种障碍，用一种什么样机构去通过，正好恰恰就是我们研究所这方面的特长，我们很想把我们这种优势能够拿出来给跟我们航天部门一起来合作。
李小萌：另外探月工程总指挥也说了，最终的月球车方案是一个博采众长的方案，而且有40多家单位和机构在竞争，你们在这个竞争当中胜出的信心有多大？
毛明：我从来没有考虑要去跟人家竞争，我应该说是想把我们车辆这方面的优势拿出来跟航天部门去合作，我刚才表态了，说是要集全国人民的智慧，因为这是一个我们独立自主，中国人自己来做这个月球车，自己来做这个探月工程，要把全国人民的智慧都集中起来，来帮助我们航天人实现我们全国人民的这种飞天的梦想。
李小萌：刚才观众朋友听了不少了，既有专业的问题，也有趣味问题，你们现在有什么疑问我刚才没有问到的，想问我们两位来宾吗？
观众：刚才听到王老师的介绍中很多次提到力学性能，刚才正好停到我这儿，我仔细观察了一下，我发现上面有很多力学传感器，但是在我了解，我们国家的机器人或者力学汽车的领域方面，我们一些高端的力学传感器都是从美国进口的，但是我想月球车这个方面应该是我们国家自主研发的，我就想知道，我们的自主研发力学传感器是否能适应月球那种复杂的环境？
李小萌：其实他问得很婉转，他想问的是我们到底是不是自主创新的。
苏波：从我们目前现在掌握的技术和水平，我们国家完全有能力自主来完成这位同学所提到这几个，包括核心的部件，除了传感器，还有驱动器、控制器，包括机械结构方面的、密封润滑方面的，完全有技术可以做。对于我们来说，我觉得现在我们国家有一个。再说广阔一点有一个非常好的形势，对探月二期有一个非常好的领导的一个体系，由各个环节，中科院的、车辆行业的，还有航天行业的，包括很多院校来参与这个技术。我们大家在一起群策群力，从不同角度，有人从机器人的角度，有人从车辆的角度，有人从工程的角度来研究这个问题，得到很多成果，这些成果应该都是我们国家自主知识产权的成果。
李小萌：马伏波还有俞鸿飞，你们刚才听了半天，觉得复杂吗？
俞鸿飞：太复杂了。
李小萌：太复杂了？那是被吓退了吗？还搞不搞月球车了以后？
马伏波：搞。
李小萌：这么复杂，还敢？
马伏波：不是想把月球车弄到月球表面，既然我们会弄，我们就弄吧。
李小萌：你们俩有什么问题要问两位叔叔的吗？
马伏波：我没有什么问题。
李小萌：叔叔再给我们两位同学或者更多的同学一点鼓励吧？
毛明：欢迎长大以后给我们搞车，也可以跟我们一起搞月球车。
李小萌：怎么样？邀请你们。
苏波：我觉得这两位小朋友是我们前期的，在奇思妙想做这件事儿，而我们毛所长带领我们这个团队在做什么？在做它的工程，要把他们的梦想变成一个现实，这个车来实现，我觉得这是我们应该做的，应该我们联合一块来做。
李小萌：谢谢今天两位来宾，也谢谢各位观众，谢谢大家。 (来源：中央电视台新闻会客厅)
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