国外月球车及火星车技术发展综述.pdf

０５ ６
・在车上封装和密封选好的样品。
２３ ． 欧洲的行星漫游车研制概况
目 前，欧空局 （Ｓ）己同欧洲工业界以及研究机构合作，开始实施一项 “ ＥＡ 技术研究和开发
计划 ” ＴＰ． 移动仪器部署装置”（ＩＤ 是该计划的一部分，即研制轻重量、结实耐用的漫 （Ｂ） “ ＭＤ） 游车。 这样的漫游车需具备一定的移动性能， 提供在预选的、 着陆点附近的科学目 标点进行移动 科学测量的能力。
ＷＢ 态硅石气凝胶作为隔热材料， 在环氧片和晶石箱。 Ｅ 采用固 排列 绝缘密度约为 ２ｍ／ｃ ０ｇｃ， 另外还用密度２ｍ／ｃ 气凝胶制成Ｎｍｘ ０ｇｃ 的 ｏｅ 蜂房式 结构的 暖箱顶。 这个顶部结构还作为太阳电 池
阵的基底。暖箱的外部涂有高发射率的金质涂层。 ．计算机电子装置
．电源
采用可充电的镍电池和太阳电池阵组合系统，平均功率可达 ３Ｗ ５，
２ ２ ３ Ｉ Ｏ ． Ｆ Ｄ ．
ＦＯ 由 国Ｊ 卖 室 制 一 高 主 制 火 车 机 主 用 火 上 样 选 Ｉ 是 美 Ｐ 验 研 的 种 度自 控 的 星 样 ， 要 于 星 的 本 Ｄ Ｌ
ＭＤ 的标称设计寿命是在火星表面工作２０ ＩＤ ０ 个火星日（ｏ） 在此其间， ＩＤ Ｓｌ ， ． ＭＤ 将执行 ２ 次穿越， ０
每次穿 越的 直线距离为２５ ＭＤ 的累计运动距离可达 １ 米。 ． 米， Ｉ Ｄ ０ ０ ・ Ｉ 的有效载荷 ＭＤ Ｄ
以火星任务为背景设计了ＭＤ 的操作方案。 工Ｄ
’ ｏ ｙ 的 子系 电 统 Ｒ ｋ－ ｃ ７
电 子线路采用了与索杰纳相同的飞行加速度计和石英速率传感器。导航传感器包括３ Ｃ 对ＣＤ 立体相机 （ 前部、 后部和天线竿上各一对） 太阳姿态敏感器、 个石英陀螺加速度计和车 、 ３ 轮光学
编码器。Ｒｃｙ７ ｏｋ－ 电子系统的多数器件采用了 商用现货 （ＯＳ 器件。 ＣＴ ）
④工作寿命：２０ ０ 个火星日 （ｏ） Ｓｌ；
⑤装备专门的 有效载荷。 ⑥需要的安装空间为０４ Ｏ３ ．５ 要有热控、防尘 （ 污染等能力。 ． 米Ｘ 米０２ 米， ． 沙） ・ ＩＤ ＭＤ 的结构尺寸
轮直径 轮宽度 ‘ 轮 底
移动车地面间 距
展开后移动车长度 轮载荷 （ 在火星上） 移动车下沉深度
漫 车 计 控 一 计 和 率 理 合 子 置 成。 杰 游 用 ０ ５ 机 制由 套 算 功 管 综 电 装 完 索 纳漫 车 了８ ８计 游 的 算 Ｃ
算机， 时钟频率为２Ｈ， Ｍｚ 装有 １ ｂｔ 的 ６ ｙｅ 存储器 （ 种不同 Ｋ 由４ 类型的芯片组成） 。漫游车和着陆 器之间连续２ 小时可传输 １． ｉ 的数据， ４４ ｔ Ｍ ｂ 有效数据传输速率为２ｂｔｓ ｋｉ ｏ ／
射， 产生电 流， 并向蓄电 池充电，供给月球车以 需要的能源。
２２ ． 美国的火星车研制概况
２２１ ．． 索杰纳 （ｏｏｒｅ ）火星车 Ｓｊｕｎｒ
索杰纳 〔 ｊｕｎｒ 火星车，也称 “ ｏｏｒｅ） Ｓ 微型漫游者飞 行实验” ＭＥ） （ＦＸ，是美航宇局 〔ＡＡ ＮＳ） 进入空间与技术办公室的漫游车飞行实验技术项目， 其主要使命是确定漫游车在了解甚少的火星
辐射功率， 提供 ２ｂｔｓ ｋｉ／ 的有效净数据率。 着陆器与地球之间的通信每天进行 ２ 每次２ 次， 小时。
一 ．． ２２２美国新一代火星漫游车Ｒｃｙ７ ｏｋ－ Ｒｃｙ７ 美国喷气推进实验室研制， ｏｋ－ 由 主要用于验证２１ 年发射自 ００ 主控制的火星漫 游车的 可
行性。
。结构特点
行星车重 １ ７ｇ 结构尺寸为 ６ｃＸ ｍ ｃ。车体和车轮基本上和索杰纳的 ５ ｋ， ． ０ｍ ｃＸ ｍ ４ ０ ３ ３ 一致， 采
ＦＤ 既能够前进， Ｉ Ｏ 又能 够后退。 ２２４ Ａ ． ＮＳ 未来火星车的 ． Ａ 发展趋势
为了 今后的火星任务， ＡＡ ＮＳ 新的火星车也在开发之中，可能对新系统增加下列功能：
用一个弹簧加载小铲在漫游车外将岩石碎裂； ，
在车上将岩石压碎和分离； 在车上将样品分运到若干个识别敏感器中；
苏 的“ 球 一” Ｌ ｏ ｏ １是 界 第 个 究 球 行 表 的自 行 装 联 月 车 １号（ ｎ ｈ －） 世 上 一 研 月 和 星 面 动 走 置 ｕ ｋｄ
— 自 动移动式实验室，它是被 “ 月球一７ 号宇宙飞行器送到月面上去的。 １”
２１１ ．． 月球车一 号 １ ・基本结构
０３ ６
“ 月球车一” １号的结构基本上由 两部分组成， 它包括装有仪器的密封仪器舱和自 动行走底盘。
能力， 从而提供优异的位置转动能力，漫游车的 转动直径达７ ｃ． ４ ｍ
．电 （ 源 功率） 漫游车由一个 ０２２ ． 的砷化稼太阳电池供电， ｍ 共有 １ 行）Ｘ１ 个电池片，每个电 ３（ ８ 池片的
尺寸为２ ４ ｃＸ ｍ ｍ ｃ。对于火星探路者着陆 其正午在着陆点北纬１． 器， ９５“的位置，太阳电 池产
表面上的操作性能。
．基本结构
索杰纳火星车由 美航宇局 （ＡＡ ＮＳ）的喷气推进实 验室 （Ｐ） ＪＬ 在原有的 Ｒｃｙ漫游车系列基 ｏｋ 础上经改进设计研制的，重 １． ，体积为 ６ ｃｘ８ ３ ｃ 不包括天线高度） ０５ｇ ｋ ５ ４ ｃｘ０ ｍ ｍ ｍ（ ；采用 ６ 轮 摇杆悬吊 式结构， 每个轮子的 直径为 １ｃ， ３ｍ 轮子宽６ 角上的 ４ ｃ。 ｍ 个轮子有独立的驱动和控制
展了无人月球车和有人驾驶的月球车，这些漫游车的运行距离达到 ４ｋ ０ｍ左右。在月球表面，要
面对的 特殊的挑战是多尘埃、 低重力和接近真空的空间环境。 当时， 美国的“ 月球漫游车”ＬＶ （ ） Ｒ 和苏联的 “ 月球车Ｉ （ｕｏｈｄ ＂ ｎｋｏ）的尺寸和重量都较大，长度约达２，重量超过７０ｇ Ｌ ｍ ０ｋｏ 前苏联的“ 月球车一” １ 是世界上第一个着陆到月球表面的无人月球车， 它是由１７年１ 月 ９０ １
用６ 轮摇杆悬吊装置。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｒ ｋ ７ 备了 个 械 ’ 样 臂 仪 操 长 两 机 臂， 取 短 和 器 作 臂。 ｏｙ 装 ｃ－ 即
取样短臂 ４自由 ：能 （ ， 度） 从地下１ 厘米深度取样和进行地震仪的埋藏； ０ 对土壤、 岩石样品
的抓取、过筛和贮藏。 仪器操作长臂 （ ５自由 ： 度） 支杆的头部装有 “ 集成敏感器包” 如立体相机等） 能全方位目 （ ， 视漫游车自 检，可通过太阳电 池板上的预留孔进行样品装载。
．通 信
“ 漫游车与着陆器之间的指令与遥测通信是通过无线电调制解调器进行的。 索杰纳” 无线电
０４ ６
链 采 了 用 调 解 器 工 频 约４ ． ， 供５ 米 围 清 通 ， 输ＩＭ 路 用 商 的 制 调 ： 作 率 ５ ７ ｚ提 ０ 范 的 晰 信 传 Ｏ Ｗ ９ｋ Ｎ Ｉ ０ Ｄ
发射的 “ 月球一７ ｎ－７ 探测器送到月 １ （ｕａ１） Ｌ 球表面的 ，登月点位于北纬 ３＇ ＇ ８ １ 、西经 ３。的 ８ ５ 雨海。它行驶了 １． ，考察了８００２ ０５ｍ ｋ ００ｍ 的月面。 随着各种测量技术、 机械技术的发展， 前小型行星表面移动漫游车得到了越来越多的关注。 目
国外月球车及火星车技术发展综述
卢 波 范鬼娜
（ 中国航天科技集团公司五院５２ １ 所）
摘要 本文综合论述了 俄罗斯、 美国、欧洲、日 本的月球车、 行星车的发展及研制情况， 着
重分析美国 “ 索杰纳” 火星车、 ｏｋ７ ＦＤ 行星车和欧洲 ＩＲＳ ＭＤ 行星车的技术特性和参 Ｒｃ－， Ｏ Ｉ ＡＥ， Ｄ 工
数等，并展望月球车／ 行星车的未来发展趋势。
关键词 ． ． 月球车 火星车 结构 电 底盘 源
Ｉ引 言 ．
在月球和行星表面行驶的探测车 （ 漫游机器人） 是进行月球及行星表面探测的重要工具， 可
用来完成对星球表面地形地貌的实地勘察。 ０ ２ 世纪６ 年代末和 ７ 年代初， ０ ０ 前苏联和美国分 别发
生 峰 功 约１ 。 游 装 个Ｌ Ｏ ２ 电 可 供３ Ｗ 的电 的 值 率 ５ 漫 车 有９ ｉ Ｃ 蓄 池， 提 ０ － Ｗ ＳＬ ０ ｈ 能。
．热控系统
火星夜晚的 温度在一１０ 下，一些元部件在 １℃以 这样的温度环境无法土作，因而，索杰纳火
星车设计了 “ 暖电子箱”（ａｍ ｅｔｏｉｓ ， ） Ｗｒ Ｅ ｃｒｎｃ Ｂｘ ＷＢ，将仪器置于 “ ｌ ｏ Ｅ 暖箱”中。
择和采集，用于未来的火星样品 返回 任务。 ＦＤ 的体积约有索杰纳火星车的６ 工 Ｏ 倍大， 主性强， 自 无需不地面的 遥控就可执行自 的 己 任务。
。机械结构
ＦＤ 重 ６ ｇ，尺寸为 １ ｃ Ｘ ｍ ０ｍ ｋ ＩＯ ０ ０ ｍ ｃＸ ａ ０ Ｓ Ｏ ５ｃ 采用 ６ 轮悬吊式结构， 个轮子均都具备独立驱动的能力， ６ ６ 这 个轮可正转也可反转。这样
仪器舱用于安装月球车的机载仪器， 仪器舱安装在 ８ 轮自 动行走底盘上。 仪器舱象一个被割 截了的圆锥，上下底部凸出，用镁合金材料制成，质量轻巧，而且有足够的机械强度。
，热控与电源
仪器舱的上底部还作为月球车温控系统的热辐射器。 在热辐射器的上面有盖， 在月球的夜晚， 将辐射器盖上，阻止仪器舱的热流向外辐射；在月球的白天， 将盖打开。开盖机构能将盖置于 ０ “到 １０ ８。的任一倾角位置。顶盖向仪器舱面装有太阳电 池片，白 天将盖打开，电池片被太阳照
中４Ｘ １ ０
与电子装置合计 表面接触，获得需
要的样品
一 ４ 梦－ 一 ￣．
放气分析仪 （Ｇ ） ＥＡ
（ 备选的） 总计
敏感器 ０５ ．
１７ ．５
５
８ Ｘ８ ２ Ｘ１
７８ ．５
０６ ６
・ Ｉ 的关键性能指标 ＭＤ Ｄ ＭＤ 移动漫游车的关键性能指标如下： ＩＤ ①要克 服障碍的最大尺寸：１ ｍ ０ ； ｃ ②最大平均运动速度： ｍｈ ５／； ③总运动时间：５ｈ ０；
２３１ ．． 欧洲研制的微型漫游车— －Ｄ ＭＤ Ｉ
，独特的设计方案
根据具有基本的 运行能力这一原则对漫游车的 方案进行选择，ＩＤ ＭＤ 选择了 特的设计方案 独 一
一不装备单独的电源，而是利用着陆器的几个典型分系统。 它通过一个系链由 着陆器供电 （ 即不装备独立电源）和与着陆器间进行指令及数据的传输，
敏感器头必须观察
荧光质谱仪 （Ｐ） ＡＸ 穆斯堡尔质谱仪（ Ｓ （ ） Ｍ Ｏ
中子探测器 （Ｅ） ＮＤ
（ 备选的）
０３ ．
敏感器０ ．Ｘ ６５ ４
ｃ 观察 电子系统８ ７ ６ ４ｍ ＸＸ
０４ ．
１５ ．
敏感器（７ Ｄ Ｘ７
Ｄ （３ｍ的 ｃ 样品
０１ ．５
００ ．５
重量
（ｇ ｋ）
０３ ． ０４ ．
表１ Ｄ 的 Ｍ Ｄ 参考有效载荷 Ｉ
有 效 载 荷 功率 （ ） Ｗ
１０ ．
尺寸
（ｍ ｃ）
４Ｘ４Ｘ４
备 注
特写成像器 （ｕ ） ｃＩ ａ 质子／ 射线 Ｘ ／
最小视场 ７０ ０ 距平坦样品（ ５ Ｄ （）
这样就可以尽可能降低移动 （ 漫游）车的重量和复杂性。 首先选择和确定了 移动车距着陆器的距离为 ５ ０米半径的范围，以简化该移动装置的设计。
虽然范围不是很大， 与着陆器装置的 操作器比 较， 仍然可使研究的区域增加几个数量级。 ＭＤ Ｉ Ｄ的设计目 标是， 在总重量 ５ｇ以内 ｋ 安排合适的科学有效载荷研究着陆点附近的区域。
进入 ２ 世纪，随着航天技术的发展，月 １ 球及行星探测的广度和深度也不断加大。 世界主要航大
国家纷纷提出新的探测计划，美国己开始实施重返月球计划，计划在 ２１ ０５年建立月球 （ 前哨） 站。欧洲、日 本、印度等国都制定了月球和行星探测计划。
２国外月球车和火星车的研究状况 ．
２１ ． 苏联的月面漫游车