盤點世界上的月球車：行走方式很多種用途性能不一樣

新聞背景

1月3日，我國嫦娥四號月球探測器實現了人類探測器首次在月球背面軟著陸。此後，其中的玉兔二號月球車先後與著陸器分離，與“鵲橋”中繼星成功建立獨立數傳鏈路，完成了環境感知、路徑規劃，並按計劃在月面行走到達A點，開展科學探測，成為世界第一輛在月球背面運行的月球車。

從獲取探測數據的直接性和豐富性角度來看，軟著陸和巡視勘察是其他探測形式所不能替代的，因此用月面巡視探測器（月球車）對月球進行探測十分重要。在這裡，我們就來回顧一下月球車的發展歷史和未來前景。

分無人駕駛和有人駕駛兩類

月球車是進行月球表面探測的重要工具之一。按照有人還是無人駕駛，月球車一般分為兩類。

一類是無人駕駛的月球車。它由輪式底盤和一些其他設備組成，並載有多種科學探測儀器，用太陽能電池、蓄電池和核電池聯合供電，靠地面遙控指令或自主控制在月面進行巡視探測，蘇聯在20世紀70年代發射的月球車一號、二號和我國的玉兔號、玉兔二號月球車屬於這類，它們主要用於在月面進行巡視探測。

另一類是有人駕駛的月球車。它主要作為航天員在月面活動的交通工具，用於擴大航天員的活動範圍和減少航天員的體力消耗，並隨時存放航天員收集的岩石和土壤標本，美國阿波羅十五號、十六號、十七號載人登月飛船的航天員曾使用這種類似高爾夫車的月球車在月面活動。這類月球車還裝有攝影機和傳輸設備，向地球發回了航天員在月面的活動情景和離開月面時的情景。

嫦娥四號著陸器監視相機C拍攝的玉兔二號巡視器走上月面影像圖。

至今，全球一共成功發射和運行過7輛月球車，即用於在月面進行無人巡視探測的蘇聯月球車一號和二號（分別由月球十七號、二十一號月球探測器釋放），中國玉兔號、玉兔二號（分別由嫦娥三號、四號月球探測器釋放）和用於在月面運送航天員進行科學探測的美國3輛有人駕駛的月球車（分別由阿波羅十五號、十六號和十七號載人登月飛船釋放）。

按走行方式，月球車可分為輪式、腿式、蛇式、輪腿式、跳躍式、履帶式、滑橇式、氣囊式、履帶輪式和螺旋滾筒式等多種類型。不過，目前已使用的月球車都採用輪式，並分為4輪式、6輪式和8輪式等幾種。

適應月球環境要求高

無人月球車是一種在月面進行巡視探測的行走裝置。它需適應月球環境，攜帶科學探測儀器在月面進行巡視探測，並把探測數據傳送回地球。因此，無人月球車實際上就是一種能夠在月球移動並完成探測任務的機器人。其主要作用是：裝載科學探測儀器，並為這些儀器提供電源、溫控、測控等正常工作的條件；在月面行走並進行勘測；把所探測到的科學數據傳回地球。

在技術上，月球車要能適應月球異塵餘生強、低重力（月球重力是地球的1/6，月壤很鬆軟，行進效率會降低）、路況複雜（月面崎嶇不平，月球車的輪子既不能打滑，也不能翻車，並可前進、後退、轉彎、爬坡、取物、采樣和翻轉）、溫差很大（月球的1天溫度相差大約310℃）等不利條件，並具有自主工作能力（達到初級人工智能，例如，識別、爬越或繞過障礙物等）。

這種月球車用於拍攝月面高分辨率影像；勘查月球的物質和資源；研究月球的地形、地質和形態特徵以及表面的異塵餘生和環境；分析月面土壤的化學成分和物理力學性質；考察和收集月面的岩石樣品等。

同樣，由於月球環境比地球惡劣得多，所以載人月球車也要求很高，而且一般隻使用化學電池。在美國小布什總統執政期間，美國為了重返月球，曾實施星座計劃，為此研製了密封式月球車，即航天員在車內可以不穿登月服，但隨著星座計劃的取消，這種月球車也不了了之。

國外專家還提出過不少載人月球車的方案，例如，月球摩托車、火箭單座車、月球拖掛車、月球軌道巴士、中型月球探險車、客貨兩用月球車、雙座多用途高性能小型月球車等，但都沒有投入實用。

蘇聯月球探測車。

蘇聯月球車拍照測試很忙活

1970年11月10日和1973年1月8日，蘇聯先後用質子號運載火箭發射了月球十七號和二十一號月球探測器。月球十七號在月球正面的雨海軟著陸，月球二十一號在月球正面的默尼環形山軟著陸。

月球十七號和二十一號月球探測器分別攜帶的月球車一號、二號基本相同，都裝有8個輪子，長為2.13米，軸距為1.70米，車輪直徑為0.51米，寬度為0.20米，車輪動力範圍為0.1米，行駛速度為1-2千米/小時，可翻越30°的坡，電源採用太陽電池陣列+蓄電池，在月夜期間，通過釙-210放射性同位元素加熱器保溫。

月球車一號的品質為756千克，裝有2副天線、4台攝影機、月壤探測器、X射線光譜儀、X射線望遠鏡、宇宙射線探測器和雷射設備等科學儀器，在月面行駛了10.5千米，工作了10個月，後由於能源不足停止工作；月球車二號的品質為840千克，裝有3台攝影機、月壤探測器、太陽X射線實驗儀器、天體光度測量計、磁力計、異塵餘生計等科學儀器，在月面行駛了37千米，工作了4個月，地面人員可通過月球車二號發回的影像來指揮其在月面的行走。另外，相比月球車一號，月球車二號在結構上有所改進，運動速度有所提高，攝影性能有所改善，活動範圍大幅增加。

月球車一號拍攝了20000多張照片，對500個地點進行了土壤物理測試，對25個地點進行了土壤化學分析，總考察面積接近80000平方米。此外，它還收集了大量月面異塵餘生數據。月球車二號拍攝發回86張全景照片、80000多張電視圖片。

美國航天員尤金·塞爾南駕駛著阿波羅

美國月球車宇航員的代步車

1971年7月至1972年12月，美國先後發射了阿波羅十五號、十六號和十七號載人登月飛船，它們各自裝有一輛折疊式載人月球車，並且基本相同，均可在月面低重力、真空環境中行駛，從而擴大了航天員的艙外活動範圍。

每輛阿波羅月球車品質約210千克，長3米，軸距2.3米，高1.1米，有4個輪子（每個輪子各由一台發動機驅動，靠蓄電池提供動力，輪胎在－100°C低溫下仍可保持彈性），電源採用銀鋅氫氧化鉀一次性電池，行駛速度為10-12千米/小時，能攜帶約490千克的有效載荷。車上裝有2個並排的可折疊座位，每個座位有可調節的踏板和安全帶。車前端桅杆上裝有大型網狀碟型天線。航天員通過位於兩個座位之間的T形手動控制器來控制漫遊車。搖桿前部有一個控制與顯示模塊，顯示當前的速度、方向、電源和溫度情況。

其最高時速可達16千米，航天員坐在上面駕駛著它在月球表面巡遊，以車代步，爬越障礙，翻越溝壑，對山脈、峽谷和火山口進行了考察，並把彩色影像傳回地面。

阿波羅十五號的月球車總共行駛了27.76千米，總時間為3小時2分鐘，最長單次行駛距離為12.47千米，離開登月艙的最長距離為5千米，收集了約77千克月球樣品。

阿波羅十六號的月球車總共行駛了26.55千米，總時間為3小時26分鐘，最長單次行駛距離為11.59千米，離開登月艙的最長距離為4.5千米，收集了約96千克月球樣品。

阿波羅十七號的月球車總共行駛了35.89千米，總時間為4小時26分鐘，最長單次行駛距離為20.12千米，離開登月艙的最長距離為7.6千米，收集了111千克月球樣品。在阿波羅十七號任務中，由於月球車和航天服的可靠性增加，緩解了月球車行駛距離的局限，所以航天員駕駛月球車行駛的距離最長。

航天員使用阿波羅月球車時會受到微粒非常細小的月球塵埃影響，月球塵埃使軸承、齒輪和密封的其他機械結構產生了磨損。另外,在航天員駕駛阿波羅月球車行駛時，從車輪下噴濺出來的塵埃數量巨大，高度超過2米，對航天員執行巡視任務產生了一定影響。

玉兔二號使用的篩網輪。

中國月球車玉兔二號更輕盈自主健壯可靠

2013年12月2日、2018年12月8日，我國先後用長征三號乙運載火箭在西昌衛星發射中心成功發射了嫦娥三號、四號月球探測器。嫦娥三號在月球正面的虹灣區軟著陸，嫦娥四號在月球背面的標記肯盆地軟著陸。

嫦娥三號、四號月球探測器分別攜帶的玉兔號和玉兔二號月球車，在外形、重量等方面基本一樣，但因為著陸環境和科學目標不太一樣，所以在功能和有效載荷方面有些改變。

玉兔號和玉兔二號都用於在月面巡視考察、收集和分析樣品。它們均長1.5米，寬1米，高1.1米，設計壽命為3個月，採用6輪主副搖臂懸架的移動構形，可6輪獨立驅動，4輪獨立轉向，具有爬20°坡、越20厘米高障礙的自主越障和避障功能，移動速度最快為200米/小時。

由於玉兔二號是在月球背面地形崎嶇不平區域進行巡視探測，所以針對月球背面複雜的地形條件、中繼通信新的需求、極大的溫差和科學目標的實際需要等因素，在玉兔號的基礎上對玉兔二號月球車進行了適應性更改和有效載荷配置調整，對運動安全、能源供給、科學探測和測控通信等方面均做了特殊的設計。例如，盡量減少電纜裸露在外的面積，以減少電纜的故障風險；在軟體上也進行了系統更新，從而更好地應對各種突發狀況；還使其在自主休眠，自主應對光照的遮擋，自主避障能力等方面都有明顯提高。

因此，與玉兔號相比，玉兔二號更輕盈、更自主、更健壯、更可靠。例如：

玉兔號月球車攜帶了全景相機、測月雷達、紅外成像光譜儀、粒子激發X射線譜儀等科學探測儀器進行巡視探測。

玉兔二號上仍裝有全景相機、測月雷達、紅外成像光譜儀，但增加了瑞典的中性原子探測儀，去掉了玉兔號的粒子激發X射線譜儀。因此，玉兔二號月球車也就不需要機器臂了，從而輕了2千克。玉兔號重137千克，玉兔二號重135千克，是世界探月史上最輕的月球車。

玉兔號在月夜期間處於休眠狀態，月晝來臨時自主喚醒，但喚醒後需要地面進行相關的系統設定才能進入安全的工作狀態。

玉兔二號可根據光照條件，自主地進入休眠狀態，喚醒後也可以自主設定進入穩定的工作狀態。

玉兔號在虹灣區上行走了114米後突然不能動了，出現了機構控制異常。

玉兔二號改進了各種走線的布局，采取了故障隔離設計，因此更健壯，應付困難的能力更強。

與同類的蘇聯無人月球探測車相比，中國無人月球探測車的特點明顯，小而精。比如，蘇聯月球車一號、二號品質分別為756千克、840千克，而玉兔號、玉兔二號月球車品質分別為137千克、135千克；每輛蘇聯月球車有8個輪子，而每輛中國月球車有6個輪子；蘇聯月球車與中國月球車裝的儀器、運行地點也不同，中國月球車裝的儀器更先進，其中玉兔號上裝的測月雷達是在世界月球探測器上首次使用，玉兔二號則是世界首個運行在月球背面的月球車。