中国月球车指日可待

□ 庞 征

据近日召开的2012年国防科技工业工作会透露，我国探月工程——嫦娥工程二期中的嫦娥三号任务目前已经圆满完成月球着陆器的悬停避障及缓速下降试验，月球巡视器的综合测试及内、外场试验等各项验证性试验，技术方案得到验证，该工程研制取得重大进展。

探月方兴未艾

进入21世纪以来，由于越来越多的国家或组织深刻地认识到，探测月球对政治、经济和科技等许多方面都具有十分重要的意义，所以欧洲、日本、中国、印度和美国都先后成功发射了各自的月球探测卫星，并取得了大量科技成果，从而在全球掀起了探月热潮。

至今，人类总共发射了129个月球探测器，其中美国59个，苏联64个，日本2个，中国2个，欧洲1个，印度1个，成功率大约为50%，这主要是苏联和美国早期发射的月球探测器失败较多。进入21世纪以后发射的月球探测器全部成功。不过，21世纪与冷战时期的月球探测热潮有明显的不同，探测月球的目的由冷战时期主要满足政治和科学需要，改变为把科学探索和经济利益相结合，以探测月球资源为主，为未来月球资源开发、利用打基础；探测月球的规模更宏大，将陆续发射采用最新技术成果的多种先进月球探测器，研究月球矿产资源的分布与利用，进行月球特殊空间环境资源的开发；打破了20世纪只有美苏2个国家对月球探测的垄断局面，欧洲、日本、中国和印度等国家或组织都纷纷进行月球探测，并还将有越来越多的国家参与，且有可能逐渐转变成以国际合作方式为主。

随着月球探测技术水平的不断提高，早期那种从月球近旁飞过或在其表面硬着陆，利用这个过程的短暂时间探测月球周围环境和拍摄地外星球照片的方式已不再采用了，但增加了一些新的探月方式，从而使月球探测的广度和深度不断扩大。现在和未来的探月方式主要有以下几种：

①以月球探测卫星的方式以较长时间全面获取月球信息。②探测器在月球表面软着陆，以固定或漫游车的方式进行实地考察、拍摄探测和取样分析等。③用载人或不载人探测器在月面软着陆后取得样品返回地球，在实验室进行精细分析。④进行撞击式探测，它与早期的硬着陆不同，主要用于探测月球的内部结构和组成。⑤发射飞镖式穿透探测器，未来的日本月球-A和英国“月光”探测器将是这类探测器的典型代表，它们将在进入月球轨道后向月面投放用于研究月震及其他亚地表现象的穿透器。⑥在月球建立永久性载人基地，以开发和利用月球的资源、能源和特殊环境，并为载人火星航行开道铺路。

我国研制的月球车样机

总的来讲，人类的探月可分为探月、登月和驻月3大步。目前，美国已经完成了前2个阶段，未来将以第3阶段为主，即建造可供人长期居住、工作的月球基地。苏联/俄罗斯走完了第1阶段，今后可开展载人登月。欧洲、日本、中国和印度等都处在第1阶段，以“探”为主攻方向，并按照绕月探测、落月探测和取样返回分步实施，逐步积累知识和经验。

嫦娥工程二期

“阿波罗”15号所携带的月球车

苏联研制的世界第一辆能在月面自动行走的月球车——月行者1号

我国月球着陆器在月球表面软着陆示意图

我国的嫦娥工程一期目标已由2007年10月24日发射的嫦娥一号月球探测卫星全部实现，目前正在实施二期工程，核心任务是实现探测设备登上月球，进行科学探测。其全称叫“月面软着陆探测与自动巡视勘察”， 即把月球探测器发射至月球表面软着陆进行探测，精细探测着陆区的土壤、岩石、环境、热流和月表的环境，进行高分辨率摄影和月岩的现场探测或采样分析，建设月基天文台，为月球基地的选址提供月面环境、地形、月岩的化学与物理性质等数据。

人类对月球探测的科学内涵将大大扩展，它包括3方面：月球的科学、月球上的科学和来自月球的科学。根据这样的理念，未来的月球探索不仅要发射大量的轨道器对月球进行普查，还要进行更多的月面活动，对月球进行详查。所以，落月探测十分重要。

从获取探测数据的直接性和丰富性的角度来看，软着陆探测和巡视勘察是其他探测形式所不能替代的，在月球与深空探测技术发展中占据着十分重要的地位。

由于嫦娥工程二期需要攻克的关键技术多、技术跨度和实施难度大，为此经过反复论证决定，为了降低二期工程的风险，在发射我国首个月球着陆探测器嫦娥三号之前，先于2010年10月1日发射嫦娥二号月球探测卫星作为二期工程的技术先导星，即开路先锋。它用于试验验证嫦娥三号实现月面软着陆任务的部分关键技术，勘察预选着陆区，为嫦娥三号、四号月球着陆探测器(嫦娥四号为嫦娥三号的备份月球着陆探测器)实现月面软着陆积累经验，并在嫦娥一号任务的基础上深入开展月球科学探测，所以它具有承前启后、继往开来的重要作用。

2013年前后，我国将发射首个月球着陆探测器——嫦娥三号，它由着陆器和巡视探测器（即月球车）组成，进行首次月球软着陆和自动巡视勘察，获取月球内部的物质成份并进行分析，将由一期工程的“表面探测”引深至内部探测。其中着陆器定点守候，月球车在月球表面巡游90天，范围可达到5平方千米，并抓取月壤在车内进行分析，得到的数据将直接传回地球。由于月面工作环境恶劣，昼夜温差高达300℃，地形崎岖，地表松软，所以对月球车提出了较高的工作要求，它不仅要耳聪目明、步伐矫健、心灵手巧，还要能“忍饥挨饿”。

嫦娥三号的科学目标是：月表形貌与地质构造调查；月表物质成分和可利用资源调查；月球内部结构研究；日-地-月空间环境探测、月基光学天文观测。

据中国探月网介绍，为了实现这些科学目标，现已初步提出了有效载荷的配置需求。软着陆平台配置的有效载荷为：全色摄像/照相机、激光反射器、粒子激发X射线谱仪、红外光谱仪、低频射电探测仪、光学天文望远镜、极紫外相机、数据转发器、月震仪、研磨器、空间环境探测器、降落相机和机械臂等。月球车配置的有效载荷为：立体成像系统（与导航系统一起考虑）、测月雷达、粒子激发X射线谱仪、红外光谱仪、低频射电探测仪、数据转发器、质谱仪、多光谱显微镜、研磨器和机械臂等。

据有关媒体透露，嫦娥三号任务的特点是：①选择与以往不同区域着陆；②月面软着陆就位探测与月球车巡视勘察二者同时进行并有机结合，将获得比以前更有意义的探测成果；③在国际上首次利用测月雷达实测月壤厚度（1～30米）和月壳岩石结构(1～3千米)；④首次在软着陆上利用数据转发器精确测定地月间距离，进行月球动力学研究；⑤首次开展日地空间和太阳系外天体的月基甚低频射电干涉观测，进行太阳射电爆发与空间粒子流、光千米波辐射、日冕物质抛射行星低频噪声和太阳系外天体的甚低频观测研究；⑥首次在月球上采用极紫外相机观测太阳活动和地磁扰动对地球空间等离子层极紫外辐射的影响，研究该等离子层在空间天气过程中的作用；⑦首次进行月基光学天文观测，研究太阳系外行星系统、星震和活动星系核。

我国研制的月球车样机在沙漠进行模拟试验

四轮三轴月球车样机

月球着陆器在月球表面软着陆之后，月球车沿一条斜坡道缓缓下降到月球表面

几项关键技术

在人类进行月球与深空探测活动中，软着陆探测是踏上另一个星球进行实地科学探测的第一步。实现我国首次地外天体的软着陆，能使我国掌握深空探测和空间科学领域的核心技术，获得月球及地月空间的科学数据，取得一批原创性的科学成果，催生一批边缘和交叉学科的出现与发展；建立较为完备的月球探测工程系统和相关基础设施，提升我国深空探测的系统集成能力，实现航天技术的跨越式发展；研制适应复杂月面环境的新型探测器，带动相关领域的自主创新，促进相关产业和技术的发展。

嫦娥三号是嫦娥工程二期的关键任务，可实现我国首次对地外天体的直接探测，最大的特点是携带一部月球车。其工程目标是：突破月球软着陆、自动巡视勘察及其他相关技术，研制月球软着陆探测器和月球车，建立月球探测航天工程基本体系，为后续工程服务。

它用于实现我国首次对地外天体的直接探测，包括地月转移＋环月＋软着陆/巡视勘察几个阶段。为此，需掌握月球软着陆、月面巡视勘查、月面生存、深空测控通信与遥操作等技术，开展月球区域性的精细就位探测。

由于月球表面的热工况和太阳照射等条件与地球不同，所以为保证着陆器的正常工作，必须研究以下内容：月表软着陆探测器总体设计技术；着陆轨道设计与控制；着陆过程动力学分析设计；着陆过程地面试验技术。

月球软着陆方式常采用先环月再着陆的飞行程序；缓冲可分为气囊式和着陆机构式2类；通信保障的主要困难来自于巨大的距离扩散损耗、长时间的延迟及低覆盖率等问题，可采取提高星上测控通信设备的功率、提高天线增益和增加地面天线的尺寸等措施。

月表软着陆主要可分为探测器接近月面、软着陆发动机点火、着陆撞击直至稳定3个阶段。由于月球表面没有大气层，因此无法借助气动力来减速着陆，必须使用软着陆发动机和着陆缓冲装置。

着陆缓冲装置可有花瓣式、桁架式和薄壁壳体式等几种结构形式。从工程技术实现的角度来看，月球软着陆探测要攻克以下几项关键技术：着陆轨道设计与制导、导航控制；着陆缓冲；月面探测的测控通信；月面工作的热控与电源技术。

月球表面自动巡视探测技术主要是通过月球车在月球表面自动行驶，利用车载有效载荷对月面进行全景和近景摄影，对月表的化学成分进行分析，并把所获取的信息传送回地面。由于月球表面环境恶劣，地形复杂多变，因此月球表面自动巡视探测技术包含很多关键技术。主要有月球车的总体设计、自主导航和运动控制方法以及地面仿真实验技术等。

月球车具有移动性、适应性、自主性和功能性4个特点，一般包括移动子系统、结构与机构子系统、导航与控制子系统、综合电子子系统、电源子系统、热控子系统、测控与数传子系统、机械臂子系统和科学仪器子系统等9个子系统。其关键技术是：月球车总体方案设计与优化；移动技术；定位、路径规划与控制技术；同位素温差电源及其相关技术；新型热控技术；测控通信技术；仿真与地面验证技术。

我国的月球车在月面移动示意图，寻找探测目标

我国的月球车在月面执行探测任务示意图