嫦娥三号探测器

嫦娥三号探测器

万权

（高分子材料2班，01210322y05）

[摘要] 嫦娥三号将是中国发射的第一个地外软着陆探测器和巡视器(月球车)，也是月球24号结束后重返月球的第一个软着陆探测器,是探月工程二期（落）的关键任务，起承上启下的作用。

叶培建介绍，嫦娥三号探测器将突破月球软着陆、月面巡视勘察、月面生存、深空探测通信与遥控操作、运载火箭直接进入地月转移轨道等关键技术。

[关键词] 嫦娥三号探测器中国航天技术月球车着陆器

[中图分类号] [文献标识码]：文章编号：

1引言

嫦娥三号卫星是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器，嫦娥三号由着陆器和巡视探测器（即“玉兔号”,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分并进行分析，将一期工程的“表面探测”引申至内部探测。嫦娥三号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平方公里，并抓取月壤在车内进行分析，得到的数据将直接传回地球。

嫦娥三号探测器已于2013年12月2日凌晨1:30分在四川省西昌卫星发射中心发射。

“嫦娥三号”将携“玉兔号”月球车首次实现月球软着落和月面巡视勘察，并开展月表形貌与地质构造调查等科学探测。

2013年9月11日嫦娥三号乘飞机转运，于12日10时抵西昌卫星发射中心。

2013年11月26日月球车正式命名为玉兔号。

2013年12月6日傍晚17时53分，嫦娥三号成功实施近月制动顺利进入环月轨道

2013年12月10日21时20分，嫦娥三号在环月轨道成功实施变轨控制，进入预定的月面着陆准备轨道。

2013年12月14日21时11分，嫦娥三号在月球正面的虹湾以东地区着陆。

2013年12月15日凌晨，嫦娥三号搭载的“玉兔”号月球探测器成功与嫦娥三号进行器件分离。

2 机械设计及其本质

嫦娥三号由着陆器和“玉兔号”月球车组成，在月球表面软着陆后，联合开展着陆器的就位探测和月球车的巡视探测。

探测器发射质量约3.7吨，着陆器质量约1.2吨，月球车质量约120千克，可载重20千克，计划在2012年冬至2013年春之间使用长征三号乙火箭发射。嫦娥三号探测器将使用X波段测控，新建成的35米和64米大直径天线和原有的VLBI结合进行轨控定位。嫦娥三号探测器的着陆器将在15公里高度开启发动机反推减速；2公里以上高度实现姿态控制和高度判断，转入变推力主发动机指向正下方的姿态；2公里以下进入缓慢的下降状态，100米左右着陆器悬停，降落相机进行月面识别，着陆器自动判断合适的着陆点，下降到距离月面4米高度时进行自由下落着陆。

由于月球自转和公转都是28天，月夜长达14天，为了保证着陆器的能源供应，嫦娥三号使用了RTG同位素电池，这将是中国首次将核能用于航天器。嫦娥三号着陆器携带了7套仪器，包括一台紫外波段天文望远镜。月面天文望远镜可以规避地球大气影响，观测精度大大提高。嫦娥三号的月球车

由航天五院研制，为三轴六轮结构，设计月面寿命为3个月，目前已经进行了多次试验，它将携带望远镜进行短距运行和天文观测，为建立实际天文台做准备。月球车将在着陆点附近3平方公里巡游，行走路线不超过10公里，月球车还将使用机械臂采集月壤样本现场分析。 2.1 着陆器

嫦娥三号的着陆器会利用它携带的极紫外相机将对地球赤道附近等离子体层进行极紫外成像探测。

2.2 月球车

2002年起，上海宇航系统工程研究所已经

在一个复制月球表面的专门实验室中，一再

重复配置和发展六个轮子的漫游车，即玉兔号。这辆1.5 米高、120千克（260磅）的漫游车包括20千克（44磅）酬载，并已在2010年5月完成程式指令集，他将进行及时的视频传输和挖掘与分析土壤样品。这艘漫游车有基本的自动导航设施，装有防止它与其它的物体相撞的传感器。

能源将由太阳能电池板和放射性同位素热电机提供，前者负责提供月球车各种仪器的工作能源和驱动月球车行驶，而后者负责在夜晚期间给月球车的仪器保温。因为月球的白昼、黑夜各持续大约14天，且夜晚温度可低至零下180℃。而月球车上的仪器可承受的最低温约零下40℃。如果在月球的漫漫寒夜中，没有足够能源给仪器保温，全部仪器要冻坏，在下一个白昼来临之时，月球车将无法“醒过来”。

中国多所高校及科研所已研制出10多个月球车样本，将分别为月球车最终定型提供技术支持，其中，嫦娥三号月球车地面模拟车东南大学（南京）造。

他说，月球车的名字叫“中华牌”。国产月球车通过轮子“行走”，轮子上面是一个“箱子”，两侧分别有两扇能活动的太阳能板，中间有一个“桅杆”，上面有它的“眼睛”———相机。此外，还有一个机械臂，能做简单的探测活动。国产月球车整体构成相当于一个100公斤的“公交车”，搭载20公斤的仪器在工作。月球车能在月面方圆3公里的范围内行走10公里，还能绕过障碍，这样的活动将被看作是中国第一次在月球

留下“足迹”。

“嫦娥三号”各项关键技术已突破，月球车将在月面巡游，着陆器则定点守候。月球车将在月探测90天，抓取月壤放到车内分析，得到的有关数据直接传回地球。月球车巡游的范围可达到5平方公里，着陆器拍摄月球车巡游的图像也能传回到地面。

被誉为“嫦娥之父”的中国探月工程首席科学家欧阳自远透露，“嫦娥三号”将在世界上首次“窥探”月球内部。“嫦娥三号”上携带的月球车，底部被安装了雷达装置，可以探测到距离月球表面几百米的深处，“边走边切，行走中探测月球内部结构。” 欧阳自远透露，“嫦娥三号”将同时携带着陆器和月球车“奔月”，两者搭配一起工作，“这在世界上还是首次”。

北京交通大学机械系副主任姚燕安教授说，各国研究的月球车，有轮式、足式、轮腿复合式、履带式。已经登月的月球车均采用轮式。姚燕安说，轮式月球车最可靠，技术最成熟。

在研制中，履带式月球车较早被排除，因为月球上像沙子样的月壤颗粒对履带磨损非常厉害。相对而言，履带不如轮子技术成熟。另外，球形“月球车”在操控上不能精确定位转向，控制位置难度更大，也被排除。

也有专家说，在月球车的研制中，模拟月球环境很关键。月球的重力只有地球的六分之一，月壤更松软。如何让月球车不失稳定性、不陷下去，都需要特殊的环境进行实验。该专家告诉记者，国内已有研究机构，

“中华牌”月球车工作原理

在地球上模拟出六分之一重力下的土壤环境。

不仅在设计月球车时会遇到困难，在发射时，航天部门也会对月球车提出严格要求。比如，火箭的运载成本很高，空间有限，这样就要求月球车不能过大过重，要根据火箭的承载能力和空间进行设计。

2.2.1排险

月球重力较轻，月壤较为松软，温差跨度较大，国产月球车如何避免在这样的环境下翻车、被卡或者变形？

月球车模型

2.2.2车轮结构克服翻车

月球重力只有地球的六分之一，表面月壤松软，这要求设计月球车时要避免沉降和翻车。专家姚燕安说，为此，月球车轮上花纹经过特殊处理。

有专家说，因为月球上低重力，月球车更容易颠覆，所以设计时要保证不管遇到什么障碍都要让车轮和月面接触，这样不容易翻车。专家称，月球车遇到难以攀爬的障碍时会选择绕行，这样很少会翻车。

2.2.3被卡时前腿抬起自救

月球上可以预知的障碍有斜坡、台阶、壕沟、松软路面等。姚燕安说，面对这些障碍，月球车一般都是轮腿复合式，在腿前脚的部位安装轮子，类似哪吒脚踩的风火轮。遇坡时，月球车可抬腿爬行，最高爬坡30度，如遇特别艰难地段可绕行。

2012年4月，美国勇气号火星车被卡在火星上，月球车也面临被卡危险。如果被卡，月球车也会自救。姚燕安表示，比如轮子前后左右转一转，把“前腿”抬起，会试着走出来。当然，除了被卡，专家们也为月球车准备了多套自救措施。姚燕安介绍，假如掉到沟里，轮腿复合式系统就可能伸开，试着爬上来。

2.2.4新型材料要耐巨大温差

公开资料显示，月球车受到辐射加热，极限温度可达150℃。未受光部位，温度则为零下130℃─零下160℃，月球夜间可达零下180℃，有些地区甚至达零下200℃。

专家说，温差很大易造成材料变形，所以月球车材料要做到“同性不冷焊，异性不裂断”。

专家解释说，同种材料，在真空高低温下，可能会“冷焊”粘在一起，而合金材料不同物质会分离造成断裂。所以，在选择材料时，必须避免这些情况。专家预计，中国所用材