专栏名称: 果壳
果壳网(Guokr.com)是开放、多元的泛科技兴趣社区。
51好读  ›  专栏  ›  果壳

这是一只住在月球上的兔子,你认识它吗?

果壳  · 公众号  · 科学  · 2016-10-24 23:58

正文

当看到神舟十一号飞船发射的那一瞬间,小万君心里不由得生出一股自豪之情。一直以来,载人航天与探月工程就是国家科技发展的重要专项之一。这次神舟十一号继续承担着科学研究的重要任务,开展空间科学实验和技术试验。其中有项名为“太空养蚕”的实验,是由香港中学生设计的,目的是证明在失重情况下蚕吐出的蚕丝是否会比较粗且韧性较强,因而可应用于不同范畴,例如制作航天服等。


现在的中学生太腻害!


而此时,在月球上,还有一只孤零零的“兔子”也很腻害。作为中国第一辆月球车,它超额完成了任务,而且还超长服役两年多。这只坚韧不拔的“兔子”虽然已经停止了工作,但小万君觉得它肯定也为中国而骄傲着。


今晚,月球车、火星车副总设计师贾阳就和你聊一聊这只“玉兔”的故事。


【时长14'07'',建议在WiFi条件下观看视频】



(视频选自 2016年万有青年大烩







“玉兔”养成记


名字的由来


玉兔就是嫦娥三号任务中的月球车,故事就从他的名字讲起。


其实,在8年的研制过程中,我们都喊它“月面巡视探测器”,简称巡视器。嗯,非常的简单易懂。直到2013年,我们才组织了一次网络征名活动,网友也是非常热情,将近数万人参加,提供了许多有意思的名字。因为这个月球探测工程的名字就叫“嫦娥”,所以网友们都沿着这个思路,起了古代传说中神仙的名字,比如“女娲”、“伏羲”、“后裔”等等,还有网友起名叫“八戒”的!我也想过一个名字,叫做“哪吒”。同事感到非常不解,巡视器有六个轮子,但是哪吒只有2个轮子呀。我反驳他们,哪吒可是会三头六臂的。不过我起的这个名字还是不太合适。

在网友起的名字里,有一个最让人眼前一亮,叫“imoon”。但我还是觉得不能用,万一被当成时苹果公司的产品咋办。最后最后,在经历无数名字的筛选、纠结之后,我们的团队,包括设计师、专家和领导,都比较认同“玉兔”这个名字,所以最后就选用了它。






要做成怎样的?


2004年,夏。
我们接到一个任务,要设计一款中国的月球车。最开始,大家都不知道这辆车应该要长什么样,只是要求有创意。于是大家就在宣纸上用碳素笔将自己的想法写下来,功能完备与否、想法是否齐全都不重要,最关键的时要将各种发散的思维整理落实好。比如我们要有一个用来与地球取得联系的天线、要一个将光能转变成电能的太阳电池板。


当这些问题解决之后,我们开始想月球车应该用什么方式在月球上移动。我们想过很多种方法,比如说腿式——一步一步的走,但我们担心这种方式太复杂,一旦发生全系统断电的情况下,再想站起来难度就比较大了;也想过履带式,它的好处是在松软的地形上,履带的通过能力比较强,但缺点是如果石块不小心卡在履带,那情况就比较糟糕了。


后来我们最终选择了轮式,毕竟“车轮是人类最伟大的发明”,我就用这个理由说服了大家。在构型上,我们想过一些形状比较酷的构型,比如说流线型,就像法拉力跑车一样。但是讨论来讨论去大家觉得好像没有用,因为月球车开不快,而且月球上还没有风。




初具雏形


接下来,我们开始构型设计,在计算机上设计出完整的月球车方案。

在这个方案中,我们设计了相机的镜头盖,后来发现月尘不像我们想象的那么严重,所以没有采用;

我们设计过各种太阳翼,发射时能折起来,在月球表面展开;

我们设计过研磨头,可以去除岩石的风化层;


我们还考虑过变形轮,这种轮子在平地上可以走得快一些,遇到障碍车轮可以收小,但也是担心车轮被石块卡住,所以没有采纳。


综合这些方案,在2006年的时候,我们研制了一辆原理样机,然后把它送到沙漠中做试验。所谓原理样机就是说已经具备了月球车的所有功能,但是还不能上天。因为他的元器件是普通的电子元器件,还经受不了空间环境的考验。







终于诞生了


真正上天的月球车是在2013年做出来的。

我们为它设计了8种构型,大家可以理解成8种POSE。

发射的时候处于收拢的状态;走到月球表面之前要展开太阳翼和桅杆;在月球表面移动的时候,把后面的天线展开,就像京剧演员的翎子;探测的时候,要把机械臂投放出去;为了与地球通讯,需要倒下桅杆;充电的时候,需要太阳翼正对太阳;到了月夜的时候,要把太阳翼收拢,相当于给车盖上了被子;最后一种构型,实际上没用到,因为我们刚开始设想,如果设备温度较高,可以模仿夏天打伞遮阳的道理,为它做了一个太阳翼竖起的状态。但因为没有出现高温的情况,所以没用到。






到大西北去试验


无论是航天器还是月球车,它们都必须经过试验才能上天。有两个原因,一个是月球表面的环境十分恶劣,中午的温度是90度,夜晚是-180度,在这样的低温环境下,苹果像石头一样坚硬,可以用来防身。另一个原因就是不可修复,如果在月球发现问题,能够采取的手段很少。就是因为这两个原因,必须在地面进行充分的试验。

基于此,“玉兔”在地面上就要进行充分的试验,第一类试验就是所有航天器都做的试验,今天不谈了。还有一类就是为月球车这样的任务专门设计的试验,我们叫专项试验,下面讲的就是其中的一项——外场试验。

这是车队在往祖国的西北行驶的过程中,行驶到宁夏贺兰山的时候留下的一张照片。从这里到试验场还有8公里,但是前方已经没有路了,只有一片广阔的沙漠。所以我们决定自己修一条路。刚开始修好的时候,第一辆车顺利的通过了,然后第二辆车,顺利的陷在那里了。我们又尝试使用干草垫,还挺管用的,车辆都顺利通过了,但第二天早上发现草垫都被风吹到1公里以外的山坡上了。
于是只能再想办法。西北虽然干旱,但是地下也存在盐碱水。我们发现沙路用盐碱水浇了后,像水泥一样坚硬,车辆终于能够顺利通过。所以在一个多月的试验的期间,一直有一辆洒水为我们护路。

这是试验队员居住的地方,右面是试验队员的板房,两个人或者三个人一间。左边两三间的小房子是洗手间。沙漠的考察队很多,但是有这样豪华洗手间的考察队只有我们这一家。






严谨的模拟试验开始了



这是我们真正试验的场区。最左边独立的房子是放柴油的地方,当地没有电,所以工作和试验用的电都要靠柴油发电机提供。在试验期间造成了敦煌地区柴油供应的紧张,为了减少和地方车辆加油时起的矛盾,我们都是半夜去加油。临走的时候,为了感谢加油站,我们送了他们一面锦旗,上面写着“航天加油站”。


中间的绿色帐篷是月球车检修的地方,再右边的独立帐篷是地面操作人员工作的地方。为了避免操作人员看到试验场区的情况,在帐篷后面有一道两米的沙梁,他们只能根据月球车拍的图像操作。

控制月球车的指令是靠这两辆辅助车上的设备解决的。左边这辆车的天线是用来发射月球车的控制指令。

这是真正的试验场,里面有陨石坑,也有石块,三脚架上的仪器用来测月球车的速度、位置和姿态。

上图工程师在车越过石块之后检查履翅是不是受到损害。

 
我们设计的机构在月球表面可以正常工作,而且还有一定的余量。但是由于地球的重力是月球的6倍,在地球上这个力是不够的,所以我们做试验的时候,用气球把一部分重量卸掉。能够选择的气体有两种,分别是氢气和氦气,我们实际上充的是氦气,原因就是为了安全。
这是现场做试验的时候,拍摄的一张月球车行进的照片。






生活枯燥吗?并不然


虽然试验工作相对有点枯燥,但我们也有一些好玩的文化活动。

在生活区村口,我们放了一块石头,上面写着两个字——“望舒”。它取自屈原的楚辞《离骚》:前望舒使先驱兮,后飞廉使奔属。望舒的意思是为月亮驾车的女神,所以我们自诩现代为月亮驾车的人。我们还立了一颗胡杨树,胡杨有三个著名的一千年,分别是——一千年不死,死后一千年不倒,倒了之后一千年不腐,我们以此激励自己。在胡杨上面挂着6个木牌,标出了试验场到祖国6个城市的距离,因为我们的150名试验队员来自于这6个城市。其实这张照片没拍全,上面还有一个木牌指向天空,上面写着——月球,38万公里。


这是车队警备的武警战士利用板结的沙皮堆的微缩的雅丹的景观。

这是组织的一次摄影比赛的活动,我们像评选三好学生一样,给每个人发10个小红花,让他们在喜欢的照片上贴小红花。左下角的月亮的照片是我拍的,票数还可以。最受欢迎的是中间那几张。


这是试验队负责做饭的师傅,他姓康。康师傅在试验队的威望比我高,因为我每次喊开会了,他喊的是开饭了。


这是一张写意的照片,沙海泛舟。


在干旱的库姆塔格沙漠里面很难见到动物,每每有动物出现都堪比明星出场。我们最早见到的动物是苍蝇,一开始没有多少,当我走的时候,我的房间里大概有600只苍蝇,每天晚上我在看书,它们在看我。我们还曾经见到过两只麻雀和一只鹰。

 
试验队里的年轻小伙子大都喜欢早晨跑步。在试验场周围四个角上插着四面旗,我给他们立了一条规矩,如果看不到旗立刻返回。但是我也知道他们实际上并不特别听话,跑的范围远远大于这个范围。不过后来距离试验区几公里的地方发现了两只狼的脚印,大家跑步的范围就明显缩小了。




这些车痕,将陪伴月球很久很久



故事到这儿接近尾声。


这是玉兔号运到西昌之后,师傅们在进行检查的照片。


2013年底,玉兔号成功发射。它到达月球的第一张照片是一个背影,第二张照片是一张标准正面照。


月球车和着陆器之间的距离大约是10米。车拍下了着陆器,着陆器也拍了车,以及车在原地转向后留在月球表面上的痕迹。由于月球没有风的特性,这样的痕迹将在月球表面上留下很久很久。

再后来,我们也做了一些科普活动。比如这篇文章,讲述了月球车上共有40多种元素,主量元素、微量元素各有不同的作用。


希望更多的年轻人看到它们,关注深空探测事业甚至加入进来。


END


(文章整理自“我们送‘玉兔’上天”视频)



已经爱上玉兔的小万君(一把鼻涕一把眼泪):兔几,我会去月球看你的!



小老虎教你“打孩子”

大数据告诉你,95后的肚子里藏着哪些货?

这些黑科技太惊人!快递小哥要失业了?

没了法定假期,应该怎样请假成功率才高?


更多精彩内容,点击“阅读原文”就知道!



点击“阅读原文”看更多精彩视频