探秘“玉兔”训练场：北京航天城“落月区”

图①：月球表面。

　　杨宇光提供

　　图②：嫦娥三号内场试验。

　　张卫华摄

　　北京航天城“落月区”

　　探秘“玉兔”训练场

　　庞丹 刘之辉 门昱 蔡晓懋 蒋建科

　　“嫦娥”再奔月、“玉兔”将登陆，引发了人们对于航天科技的关注和兴趣。

　　“嫦娥”如何在地球“迈出”登月第一步？“玉兔”又需经受怎样的测试和挑战？让我们走进“玉兔”训练场，探秘地球上的“落月区”。

　　在北京航天城，有一个特别的室内试验室。与一尘不染、四季恒温恒湿、清洁明亮的厂房不同，这里的地面起伏不平，光照时弱时强，让人联想到从未涉足过的星球。

　　是月球？现场的科研人员介绍说：“这模拟的正是‘玉兔’将要到达的地方！”为了保证我国探月工程二期“落”的目标圆满完成，中国航天科技集团空间技术研究院建成巡视器室内试验场，用来进行月面环境模拟，为月球车“玉兔”落月做准备。

　　“月球”落户地球

　　试验场主要包括三个子系统：月壤综合性能模拟系统、月面光照环境模拟系统、月面重力模拟系统。

　　走进试验场，首先看到的是一片面积约800平方米的火山灰地，地面起伏不平，地面上有多个形状不一的石块、大大小小的坑洼。这是“月壤综合性能模拟系统”。“玉兔”在奔向月球之前，就在这里练习行进、转弯、越障、避障、爬坡、过坑、拍照、数据传输以及月壤成分探测等活动，为在月球表面开展探测活动做“演习”。

　　侧面的墙上，有一整面墙全是灯。灯阵开启的时候会非常亮、特别热，而且还有紫外线的辐射，这叫“月面光照环境模拟系统”。

　　场地上方，一根悬挂的绳子让人觉得好奇。据介绍，“玉兔”练习走路的时候，会被这根绳子“悬吊”起来。因为，与地球上的重力相比，月球上的重力只有地球的1/6。这根绳子便是去掉另外5/6重力的法宝。绳子及其配套设备的学名是“月面重力模拟系统”，该系统采用单索悬挂技术，实现月球低重力环境的模拟，可保证巡视器具有一定的转向自由度、俯仰自由度和侧倾自由度，还具备对“玉兔”在地面行走、爬坡等运动的自动跟踪能力，是目前国内首个大型单索悬吊式月面重力模拟系统。

　　建成这个逼真的“落月区”是一项全新的工作。北京卫星环境工程研究所的科技人员攻坚克难，创造了多个“首次”、“首个”。试验期间，从初样到正样，“玉兔”在这里顺利完成了10次约200个工况的大型综合专项验证试验，为嫦娥三号月面科学探测任务提供了充分的地面验证。

　　“玉兔”不怕月面“霾”

　　我国月面巡视器内场试验系统是首次实现高精度、大范围、多环境因素模拟的专项试验系统。经过在这里的练习，“玉兔”在月球上的行走将更加自如。

　　内场试验中，还有一项重要的试验不得不提，即模拟月尘环境试验。

　　在月面环境以及巡视器活动的影响下，月面尘埃将产生飘浮，进而对巡视器敏感部件产生影响。美国宇航员从月球返回后曾说：人类探索月球遇到的首要麻烦问题就是月尘环境。为了研究和评价月尘环境的影响，在过去3年多的时间里，北京卫星环境工程研究所月尘环境项目组进行了一系列技术攻关，实现了从无到有的跨越。

　　模拟月尘环境的一大难题是淋洒月尘。模拟月尘颗粒很小，为微米级。模拟月尘试验中，要求在工件上均匀淋洒月尘，每平方米20克，相当于要把半勺的盐均匀地洒在1平方米的地方，这是一件极难的事。而项目组最终设计出的模拟月尘淋洒装置，实现了在1平方米均匀淋洒0.1克的模拟月尘。

　　模拟月尘环境试验最终为嫦娥三号产品包括雷达天线、望远镜以及相机等5件有效载荷部件完成了月尘环境摸底试验。有了摸底试验的成功，“玉兔”在月球上就能自如应对月尘的干扰了。

　　“大漠之旅”助力“月球之旅”

　　在哪里才能找到自然条件下最接近月球表面地形地貌的室外试验场？中国航天科技集团空间技术研究院510所专门成立了200多人的嫦娥三号巡视器试验外场实地考察试验队。

　　“玉兔”除了需要在室内环境下进行测试，在室外的外场试验也必不可少。外场试验的主要目标是验证巡视器在未知环境长距离巡视探测的能力，为真正在月面开展巡视勘察打下基础。

　　外场试验的选址是个大问题，从2010年7月起，嫦娥三号巡视器试验外场选址考察试验队对25处相关沙漠进行了有选择的实地考察，最终给出第一备选试验场——雅丹地质公园西南面的库姆塔格沙漠。嫦娥三号探测器系统首席科学家叶培建院士认为这里的地形地貌最接近月球表面。

　　试验外场找到了，但挑战才刚刚开始。由于外场试验是我国首次在沙漠无人区进行巡视器的综合性能测试，在试验过程中既涉及航天产品的性能保证、长距离运输，又涉及地面控制系统在野外地区的实现，还有试验后勤保障工作的方方面面。

　　试验外场所在的沙漠地区昼夜温差大，10月份的早晨，气温已经到了零度左右，洗脸用的水结满了冰花。当太阳升起后，温度又快速上升，紫外线光照强烈，离开帐篷的人员不得不戴着防紫外线面罩、遮阳帽和墨镜进行保护，避免被灼伤。特别是在中午，气温高达30多度，操作人员经常满身大汗。尽管困难重重，可是全体试验队员却没有一个人叫苦。往往一忙就是一整天，直到夜幕降临，依然有试验队员穿着军大衣，握着手电筒，扛着经纬仪，不顾刺骨寒风，在野外依靠北极星“找北”，建立试验所需的坐标系，为巡视器指引着方向。

　　风是沙漠里名副其实的恶魔。一场大风，不仅给试验带来了巨大的困难，而且打乱了队员们的生活。由于大量的尘土，生活区的电机被磨坏了，无法供电。于是应急预案紧急启动，午饭限量供应，准备配发蜡烛。试验队调度带头吃方便面，并紧急协调准备晚上的干粮；一边联系敦煌维修站，在最短的时间内恢复供电。

　　沙漠中，困难无处不在，而勇闯难关的感人事迹也如沙粒般不胜枚举。2011年11月1日，经过一个月的艰苦奋战，嫦娥三号月面巡视探测器外场试验圆满地画上了句号。虽然难忘的大漠之旅已经结束，但是嫦娥三号巡视器将开启崭新的精彩旅程。