媒体解析玉兔月球车：小身板大载荷“机关”重重

　　北京时间今晨4时35分，嫦娥三号着陆器与巡视器分离，“玉兔号”巡视器顺利驶抵月球表面。

　　中国“玉兔”是一只1米1高、1米5长、1米宽、体重140公斤的银色“兔子”，有着一对太阳能帆板做翅膀，六只轮子为脚掌。在电视画面中，人们可以看到它自如地越障、过坑、爬坡、休眠、唤醒，但却很难想象它背后的种种机关。

　　测控数传

　　九天探月一线牵

　　在几十万公里外的月球表面，嫦娥三号要实现与祖国的联系，要按要求完成自己的行程，就需要通过测控数传分系统，将大量的科学数据传回地面。如果说翱翔天际的太空探测器像风筝一样，那么，测控数传分系统就是探测器系着祖国的风筝线。

　　嫦娥三号巡视器天线辐射性能受环境影响大，面临未知的月球表面状态，工况复杂，风险极大。为此，嫦娥三号探测器采用了新型天线设计方案，实现了天线半球空间全向高增益辐射性能。为了降低天线受车体影响的程度，科研人员还为天线增加了支架，支架采用碳纤维复合材料，可以有效减重、加强架构。

　　太阳翼

　　重复展开创纪录

　　目前，国内航天器太阳翼展开大都是采用同一展开方向、一次性连续展开的方案；配备首个可重复展开的太阳翼，是“玉兔”号月球车的一大创新——月昼时月球车在月面行驶并进行一些科学探测活动，这时月球车上的太阳电池翼可以展开对日定向提供动力；月夜来临，月球车停止行驶和工作进入睡眠状态，为防止其“腹腔”内的机电产品、设备完全暴露在极寒温度下，太阳电池翼能够自动收拢，犹如在“腹腔”上盖了一条毯子，起到保温的作用。

　　舱体

　　“小身板”大载荷

　　月球车结构机构分系统由结构、桅杆、太阳电池翼、机械臂四个子系统组成，其中组成巡视器的所有单机，均通过结构进行承载。

　　结构子系统的舱体安装着各种仪器设备，其长1410毫米、宽820毫米、高651毫米，分为上下两层，下舱体安装着电源、控制与驱动机构组件等设备，上舱体安装着太阳翼、桅杆、太阳敏感器等设备。月球车的舱体仅是一副0.75立方米的“小身板”，却承载着自身重量6倍的大载荷。

　　机械臂

　　3个自由度运动

　　月面巡视器的机械臂是中国机械臂家族中的“小个子”，它虽不长却能实现3个自由度的运动，运动的精度更是能精确到正负2毫米。当它承载的X射线谱仪向地球发回第一份科学探测数据时，这个“小个子”一定不知道，自己已经被冠上“中国外星球探测第一臂”的美名。

　　传统工业机械臂采用的都是模块化设计，电、机产品分体组装，往往带来体积大、重量重的弊端，“奔月”肯定负担重。经过充分调研和分析，设计师们采用机电一体化的设计解决了这个难题。

　　电源系统

　　月夜可自动休眠

　　月球的环境与地球不同，它的一个月夜长达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着陆器和巡视器来说，如何依靠自身存储的能量度过月夜将是一个很大的挑战。因为在这14天的月夜里，如果仅仅依靠蓄电池提供能量，则需要自带100安时容量以上的蓄电池，容量的增加，随之带来的是重量的上升。而重量是探测器研制的一个制约因素。面对这一难题，科研人员创新性的提出了休眠唤醒的概念。依靠休眠唤醒功能，着陆器和巡视器日出而作，日落而息，而不用为能源的问题担忧。

　　移动系统

　　在月面留下第一道车辙

　　月面上有着千奇百怪的地形地貌，起伏的山峦、崎岖的高地、广阔的平原，覆盖着几十厘米至几十米不等的月壤，月壤松软、干燥，呈沙土状，普通车轮很容易下陷或打滑，提高车轮的直径和宽度势必增加重量又不符合轻量化的设计要求。为此，设计师为“玉兔”打造了一副独特的筛网轮，筛网轮的挂钩牵引力、适应性、承载力等都显示出很好的效果。为保证巡视器的行驶和越障能力，月球车移动分系统采用了独立转向的构型方案，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面地形，保证月球车所有车轮均与月面接触，且整车抬起姿态相比一般汽车减小一半。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，继续工作。

　　驱动机构

　　“脑袋”小精度高

　　月面巡视器在月面上的“巡视”依靠控制与驱动组件对整车所有活动部件的运动控制，控制与驱动机构组件其实就是巡视器的大小脑，其需要完成信息采集、控制算法、故障判断与处理、功率驱动、信息交互、数据备份等功能来实现运动控制。传统航天器靠运动控制类单机来实现运动控制，1台单机最多能控制4个活动部件，而嫦娥三号月面巡视器仅用1.6千克的单机重量、7瓦功耗就实现了对多套机构的闭环驱动控制。

　　此外，传统航天器的控制电路普遍都要使用码盘，传统码盘根本无法适应月面上极端恶劣的温度环境，为此，设计师们创造性地设计了一种多传感器数据融合及处理复用技术，难题迎刃而解。

　　密封圈

　　让月尘无孔可入

　　为适应月球表面从-180度到150度的“恶劣”环境，设计师们经过硬度、磨耗系数等数项测试，终于找到了合适的密封圈材料。

　　月面巡视探测器移动分系统、结构机构分系统共有六种不同尺寸的活动关节需要防尘密封，设计师们针对各关节对防尘密封圈的技术要求，再分别试验考察密封圈的高低温适应性、摩擦阻力矩、耐磨性、寿命等性能，最终交出了一份满意答卷——主副唇双密封层的创新设计、双密封圈串联安装、密封唇过盈量优化，确保了防尘密封效果。

　　本版文字 胡芳芳 刘子仙 陶礼炫 　潘佳音 王涛