嫦娥3号配电系统

□“玉兔”号月球车构造/新华社

资料整理/覃柳洁唐宏伟制图/黄欣

晨报记者杨育才

“嫦娥奔月”即将迎来最精彩动人的一刻。按照“奔月”时间表，嫦娥三号将于12月14日在月球表面的虹湾着陆，并开始为期3个月的月面巡视勘察。

嫦娥三号将在月球上遇到哪些恶劣的环境？它将依靠什么能源在月面维持“生命”？“玉兔”月球车将如何在月面巡视工作？如何将收集到的图片、资料等信息传回38万公里之外的“娘家”地球？近日，晨报记者采访了中国航天科技集团第八研究院804、805、811所多位专家，他们代表着上海的航天实力，参与了嫦娥三号月球车的研制。

疑问1：要去的月面环境如何？

“玉兔”要承受“月宫”300多摄氏度温差，1/6g重力环境

传说中的“月宫”美妙绝伦，嫦娥会带着玉兔在月宫里翩翩起舞。但在真实的月球上，没有空气，没有水，只有高达300多摄氏度的温差。

12月2日凌晨，嫦娥三号搭乘长征三号乙遥二十三运载火箭，从西昌卫星发射中心开始其登月之旅。在经过发射阶段、地月转移段、环月段以及动力下降段之后，嫦娥三号将会在月球表面软着陆。

在接受晨报记者采访时，中国航天科技集团第八研究院第805所专家介绍说，温差是登月后的嫦娥三号首先要面对的考验。月球车的车轮、摇臂等活动部件都是金属材质，具有热胀冷缩的特性，这就对材质和加工精度提出了很高要求。如果膨胀过度，活动部件容易出现卡死等故障。

除温差外，月球1/6g的重力环境，也是一大考验。设计师表示，月球表面的土壤非常松软，而且还凹凸不平，甚至还有陡峭的高坡。在这种重力环境下，月球车巡视过程中不仅要保持平稳，还要具备较好的通过性，更不能侧翻。

在第八研究院的月表形貌综合模拟试验控制室里，科研人员在模拟月壤上进行的各项试验；1/6g重力环境则通过跟随吊挂来实现，使得月球车只有1/6的重量压在模拟月面上。

此外，月表细小的月壤还会形成悬浮颗粒，并且因为月壤带有静电，容易吸附在月球车的车轮上，这对月球车活动部件的密封提出了非常高的要求。“如果这些颗粒或沙尘进入轴承，轻则增加摩擦力，重则卡死轴承，影响月球车机动性。”

疑问2：“玉兔”到站如何“下车”？

有“梯子”，下车全靠自身程序，风险还不小

整个“玉兔”月球车由移动、结构与机构、导航控制、综合电子、电源、热控、测控数传和有效载荷共8个分系统组成。

中国航天科技集团第八研究院巡视器移动分系统设计师介绍说：“这个分系统包括6个车轮、摇臂和差动机构，就像是汽车的底盘一样。”正是有了这个移动分系统，“玉兔”才能走下着陆器，在月表前进、后退、原地转向、行进间转向，还能爬上20度的坡道，越过20厘米高的障碍。

“着陆器释放月球车的过程，是一个比较大的难点。”上海航天专家胡震宇介绍说，从发射到月球着陆，月球车都是固定在着陆器顶部的。当着陆器着陆后，转移机构悬梯解锁，然后月球车和着陆器连接部分解锁，展开太阳能帆板并转移到悬梯顶端，最后，悬梯带着月球车往下转移，直至悬梯前端触碰月面，月球车才沿着梯子下滑到月球表面。

“之所以说这个步骤比较难，是因为月球车沿悬梯运动过程中存在着一些不可控的风险。”尽管着陆器会选择一块尽量平坦的地方着陆，但梯子伸出来的姿态比较难以控制，有可能会出现倾斜。月球车在下滑时，完全依靠自身既定的程序进行，速度会非常缓慢，但是其方向和速度都不受地面控制。

“从国际探测数据来看，世界各国对月球的探测共进行了129次，成功率是51%。从这些数据来看，探月活动风险还是很大的。”在11月26日举行的嫦娥三号任务首次新闻发布会上，探月工程副总指挥李本正表示，等月球车和着陆器落到月球上的时候，月球车从着陆器上走下来，是一个比较难的过程，也是一个非常重要的亮点。

为保证月球车能够平安地下滑到月球表面，巡视器移动分系统的科研人员进行了上千次的地面试验，以模拟验证各种姿态下的释放过程。李本正在发布会上表示，虽做了很多模拟，但对月球上的认识还是不完全和不充分的，所以存在着一定风险，也对执行任务的过程做了相应预案。

疑问3：“玉兔”在月宫如何作息？

长达14天的白天和黑夜，只有月昼在工作，所以，“玉兔”3个月任务期里将“半睡半醒”

当月球车离开着陆器，踏上月球表面之后，就进入了月面工作阶段。据李本正介绍，嫦娥三号的着陆器和月球车上各搭载了4种有效载荷，对月面、月表进行勘察。

月球车在月表如何工作呢？设计师透露，在短距离的行进中，月球车能够自主导航；但是远距离、大范围的巡视，就需要地面来设定行进路线。“月球车每走一小段，都会给地面一个反馈，包括图片或者数据，地面根据这个反馈再形成一个路径规划，通过指令指挥月球车前进、后退或者转弯。”

根据此次探月规划，嫦娥三号将在月球进行为期3个月的探测。但由于月昼和月夜的原因（月球上的一昼夜相当于地球上的28天，一夜相当于地球上14天），“玉兔”月球车实际上只有月昼时间在工作，月夜里则处于休眠状态。

在月球表面巡视的3个月中，“玉兔”将依靠各种先进设备，对月表进行三维光学成像、红外光谱分析，开展月壤厚度和结构的科学探测，最深可以探测月表下100米深处，对月表物质主要元素进行现场分析。它传回来的数据，将帮助人们更直接、更准确地了解神秘的月亮。

疑问4：如何“睡眠”和“唤醒”？

通过地面测控人员指令，“玉兔”在“日落”时太阳能电池板收拢，防体温流失进入休眠状态，“日出”开始供电，由休眠唤醒模块唤醒

在接受晨报记者采访时，承担嫦娥三号电源分系统的中国航天科技集团第811所副所长钱斌介绍，嫦娥三号月球车的电源分系统，由太阳能电池阵、一组锂离子蓄电池、休眠唤醒模块和电源控制器组成。当着陆探测器实现在月球表面软着陆后，首先由着陆器为月球车充电，对月球车进行初始化。“太阳能电池阵就像是发电厂，电源控制器则用于管理发电厂生产出来的电，除了提供给着陆器和月球车使用，还要用来给锂离子电池充电。”钱斌介绍说，由于月夜长达14天，锂离子电池即便充满也无法满足月球车连续工作14天的需要，因此只能休息。按照设计，当太阳光线和月球车所在月面的夹角低于5度时，地面测控人员就会发出指令，将月球车一侧的太阳能电池板收拢，包裹在月球车箱体外部，防止体温在月夜里通过辐射流失。另一侧的电池板则调整角度，对准日出的方向。“月球车进入休眠状态后，电源将关闭，以节省电力。”

钱斌介绍说，14天的月夜结束后，月昼开始。当太阳升到月面5度时，原本伸展开的那个太阳能电池板开始供电，休眠唤醒模块就会唤醒月球车，重新开始工作。“可以说，月球车的‘日落而息’，是由地面控制的；‘日出而作’，就得靠月球车自己醒来。”

根据任务规划，月球车将在月表执行为期3个月的任务。“我国的航天器设计寿命一般都远远高于任务期，所以虽然任务期只有三个月，但三个月后月球车还将能继续工作。”钱斌介绍说，影响航天器寿命的因素主要有两个，首先是能量系统，无论镍镉电池、锂离子电池还是太阳能电池，都会随着时间而衰减；其次是航天器的机械部件，会随着时间加长而逐步老化或者出现故障等。

疑问5：在月宫如何“保暖”？

“月兔”怀揣核能“暖宝宝”，此外，其身裹的一层金色“外衣”也是抵御温差的“法宝”

除了休眠唤醒模块外，嫦娥三号的另一大亮点是它携带了一个同位素热源。这也是我国航天器首次利用核能源。“目前主要采用钚-238，它在衰变过程中辐射出高能粒子可为热能材料提供热能，使舱内设备的温度保持在零下50℃以上。”钱斌告诉记者，嫦娥三号所携带的同位素，还仅仅是作为热源使用，未来嫦娥四号上或将安装放射性同位素温差电源，利用携带的同位素来供热并发电。