“玉兔号”月球车:嫦娥三号的巡视探测器-中文百科频道

名称来历

玉兔号月球车，是嫦娥三号的巡视探测器部分。

2013年9月25日，嫦娥三号月球车全球征名活动在北京钓鱼台国宾馆启动。国内民众和海外同胞可通过互联网在线提交作品，每人最多可提交5个方案，每个方案需包括不多于300字的创意说明和背景阐释。

至10月25日征名提交截止，由科技专家和文化专家组成的评委会，分别进行了入围初评、网上投票和终审评审。通过入围评审，选出了10个入围名称，提交新华网进行网上投票评议；10天共收到有效投票3445248张，其中玉兔号，649956张，得票第一。又经过终审评审，评委投票与公众投票的结果加权计算，最后经探月工程重大专项领导小组批准，中国第一辆月球车命名为“玉兔号”。

“玉兔号”既体现了中华民族的传统文化，又反映了我国和平利用太空的宗旨。传说中，当年“嫦娥”怀抱玉兔奔月，玉兔善良、纯洁、敏捷的形象与月球车的构造、使命既形似又神似。

设计背景

嫦娥三号

嫦娥三号是中国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务之一。嫦娥三号任务作为探月工程二期主任务，是‘绕、落、回’三步走中的关键一步，对整个探月工程乃至航天事业的发展具有重要意义。中国分别于2007年、2010年成功发射嫦娥一号、嫦娥二号卫星。

探测器构成由着陆器和巡视器组成，肩负着中国航天器首次地外天体软着陆的重任。着陆器将“怀抱”“玉兔”号巡视器落月，然后“玉兔”号驶离着陆器在月面进行为期约3个月的科学探测。着陆器则在着陆地点进行就位探测。

工程目标

突破月球软着陆、月面巡视勘察、深空测控通信与遥操作、深空探测运载火箭发射等关键技术，提升航天技术水平；研制月球软着陆探测器和巡视探测器，建立地面深空站，获得包括运载火箭、月球探测器、发射场、深空测控站、地面应用等在内的功能模块，具备月球软着陆探测的基本能力；建立月球探测航天工程基本体系，形成重大项目实施的科学有效的工程方法。

设计结构

“玉兔号”月球车重约140千克，呈长方形盒状，长1.5米，宽1米，高1.1米，周身金光闪闪，有6个轮子，由移动、导航控制、电源、热控、结构与机构、综合电子、测控数传、有效载荷8个分系统组成，业内人士形象地称之为“八仙过海，各显神通”。月球车副主任设计师魏然用4句话形容它：肩插“太阳翼”，脚踩“风火轮”，身披“黄金甲”，腹中“秘器”多。

休眠模式

由于月球昼夜温差非常大，白昼时温度高达150摄氏度，黑夜时低至零下180摄氏度。为适应极端环境，“玉兔号”月球车利用导热流体回路、隔热组件、散热面设计、电加热器、同位素热源，可耐受300摄氏度的温差。月球绕地球转一圈需要28天多，月球自转也是28天。

这意味着，月球上的一昼夜相当于地球上的28天。月面夜间最低温度可以降至零下180摄氏度，电子设备根本无法工作。月球上的一晚上相当于地球上的14天。为此，科研人员为“玉兔号”设计了休眠模式——14天工作，14天“睡觉”。该“睡觉”的时候自动进入休眠状态养精蓄锐，该“起床”的时候又能自动唤醒重新投入工作。这种“日出而作，日入而息”的规律作息，极大地增强了“玉兔号”适应月表恶劣环境的生存能力。

经历极低温度后，“月夜唤醒”是一个难题。科研人员为月球车设计了可伸缩的太阳能电池帆板，白天工作时展开，夜晚则收起来，将仪器设备包在里面。这种“包裹式睡眠”，有助于保护各种仪器不被冻坏，确保月球车有剩余电力“自主醒来”，重新展开太阳能电池帆板迎接阳光。

对于一些特别娇嫩的设备，车内还专门准备了核电池。资料显示，核电池提供电能时间非常长，一个硬币大小的核电池，就可以使用5000天。这项技术如能成功，将使我国成为继美俄之后，世界上第三个将核动力应用于太空探测的国家。

白天时，‘玉兔号’月球车的太阳能电池帆板还要调整角度，避免被阳光照射得太热。最热的月午，月球车还要进行‘午休’。“玉兔号”月球车设计寿命3个月，这意味着她要经历3个月球白天和3个月球黑夜。所有的工作，要在月球时间的“上午”和“下午”完成。

系统组成

移动分系统：采用轮式、摇臂悬架方案，具备前进、后退、原地转向、行进间转向、20度爬坡、20厘米越障能力；

导航控制分系统：携带有相机及大量传感器，在得知周围环境、自身姿态、位置等信息后，可通过地面或车内装置，确定速度、规划路径、紧急避障、控制运动、监测安全；

电源分系统：由两个太阳电池阵、一组锂离子电池组、休眠唤醒模块、电源控制器组成，利用太阳能为车上仪器和设备提供电源；

热控分系统：利用导热流体回路、隔热组件、散热面设计、电加热器、同位素热源，可使月球车工作时舱内温度控制在+55℃～-20℃之间；

结构与机构分系统：由结构和太阳翼机械部分、桅杆、机械臂构成，主要为各种仪器、设备、有效载荷提供工作平台；

综合电子分系统：将中心计算机、驱动模块、处理模块等集中一体化，采用实时操作系统，实现遥测遥控、数据管理、导航控制、移动与机构的驱动控制等功能；

测控数传分系统：保证月球车与地球38.4万公里的通信以及与着陆器之间的通信；

有效载荷分系统：月球车配备的科学探测仪器，包括全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等。

执行任务

任务目标

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；地球等离子体层探测和月基光学天文观测。

北京时间2013年12月14日21时45分，在北京航天飞行控制中心精确控制下，“玉兔号”月球车展开机械臂，对月壤成功实施首次月面科学探测。

发射过程

第一阶段：飞行5天

2013年12月2日凌晨1时30分，长征三号乙遥二十三运载火箭搭载嫦娥三号卫星在西昌卫星发射中心发射，由运载火箭直接送入据近地点约200千米、远地点约38万千米的地月转移轨道。飞行时间约为5天，其间进行2至3次中途修正。

专家解读：嫦娥三号的这次奔月飞行比嫦娥二号略长一点。因为这次采用的是飞行时间和飞行路线较长，但比较节省能量的“霍曼轨道”。

第二阶段：圆轨道绕月4天

近月制动后，进入100×100千米的环月圆轨道，运行约天后，择机变轨。

专家解读：嫦娥三号的前4天绕月，除了可以对月球进行科学观测，更是要利用这个机会获取更多数据，为最后确定着陆点做准备。

第三阶段：椭圆轨道绕月4天

变轨后进入100×15千米的椭圆轨道，运行约4天后，从高度约15千米的近月点开始动力下降。

椭圆轨道的近月点是15千米，而且正好在虹湾地区上空，嫦娥三号在后4天的绕月中可以更加准确地对预订着陆点进行勘察测量，以保证着陆点没有月坑或大的石头。如果说前4天绕月是对月球“看一看”，后4天绕月就是“仔细看”。

第四阶段：下降720秒后着陆

动力下降的时间为720秒。其间，嫦娥三号将利用微波测距敏感器、激光测距敏感器进行对月测距测速；利用光学成像敏感器在接近段进行粗避障；利用激光三位成像敏感器在悬停段进行精避障，实现安全区软着陆。

专家解读：到这个阶段，嫦娥三号任务就进入了最关键阶段，也是最有看点的阶段。这短短的12分钟里体现出来的技术含量是非常高的。720秒是经过精细计算的——嫦娥三号不是垂直向月面下降，是与月面成一定角度下降，并且“一边落一边仔细看”，因为15千米的距离还是比较远的。在这12分钟内如果发现月面还有障碍，比如坡度比较陡，或有陨石坑、大石头等等，还来得及及时躲避。而且下降过程中在一定高度还要悬停一段时间，在静止的状态下最后勘测地面障碍。

第五阶段：“玉兔”登月

着陆后，择机完成月球车释放，着陆器建立工作状态。“玉兔号”月球车移动到转移机构上，随转移机构运动到位，并驶离转移机构，抵达月面。

专家解读：这是唯一没有公布具体时间的阶段，但估计时间不会很长。现在能确定的是，北京飞控中心能够在第一时间看到嫦娥三号传回的画面。

第六阶段：月面工作3个月到1年

在月昼期间，着陆器在原地进行科学探测，月球车进行巡视勘察。月夜期间二者都断电休眠，依靠同位素热源保持整器的温度。度过月夜后，通过光照自主唤醒，继续实施探测任务。着陆器在月面的工作时间是一年，月球车是三个月。

专家解读：虽然月球车的设计工作时间是三个月，但实际上只要它不发生技术故障，或掉进深的月坑里，预计能工作的时间会超过三个月。

着陆与工作

2013年12月14日21时11分，嫦娥三号成功着陆在月球西经19.5度、北纬44.1度的虹湾以东区域，随即按计划开展了着陆器与巡视器分离各项准备工作。

14日23时45分，地面科技人员对两器分离的实施条件，包括着陆点环境参数、设备状态、太阳入射角度等，进行了最终检查确认。随后，向嫦娥三号发送指令，两器分离开始。

12月15日4时35分，嫦娥三号着陆器与巡视器分离，“玉兔号”月球车顺利驶抵月球表面。

12月15日23时40分许，“玉兔”月球车行驶到着陆器偏北方向，开始第一次两器互拍。月球车上的五星红旗清晰、完美地出现在着陆器拍摄并传回的画面中，这是五星红旗首次在地外天体上留影。中国探月工程总指挥马兴瑞宣布，根据测控通讯指挥部的报告，“嫦娥三号”着陆器、巡视器互拍已结束，数据传输正常。经判别，数据完整、图像清晰，巡视器和着陆器工作状态良好，达到了工程既定的目标，“嫦娥三号”任务取得圆满成功。

休眠

互拍结束后，“玉兔”要对身上的科学载荷进行“体检”。待到太阳快落山，它会在地面技术人员帮助下找到休眠点，摆好姿势准备“入睡”。月球一夜相当于地球的16天，兔子可以好好休息一下。

唤醒

2014年1月11日，我国“玉兔”号月球车启动唤醒电路，在月球上沉睡了14天后重新恢复工作。

自动唤醒过程

月球车饱饱睡了登月后的第一觉后，月球上天亮了。太阳从月球东边升起，阳光照射在月球车太阳翼的电池片上，产生电流。月球车上综合电子、测控等设备陆续加电。电充到一定值后，接通开关。测控线路传输信号到地面，告诉地面科研人员“兔子”醒了。科研人员再从地向月发送信号，设置月球车的工作状态。

出现故障

2014年1月25日凌晨，第二次月夜休眠前，受复杂月面环境的影响，月球车的机构控制出现异常。当日，月球车用拟人化口吻通过微博表示，“有些结构不太听话了，本来应该今早开始睡觉，但现在……师父们都在使劲想办法，不过，我还是有可能熬不过这个月夜了。”

2014年2月10日被认为是“玉兔”所在月球虹湾区结束月夜的日子，但月球车及官方组织都没有关于它是否“醒来”的消息。持续关注玉兔号月球车动态的美国宇航局（NASA）在其中文官方微博上评论，“玉兔本来就属于月球，现在算是到家了”，并附蜡烛图案示意悼念。

2014年2月13日8点49分，玉兔月球车微博发出消息“Hi，有人在吗？”，通告世人她已经“苏醒”。探月工程新闻发言人裴照宇当天说，“玉兔”已全面苏醒，恢复到休眠前正常的信号接收状态，但机构控制异常的故障仍在分析排查中。

超期服役

2014年9月4日，中国探月工程总设计师吴伟仁表示，9月6日“玉兔号”月球车将进入第十个月昼工作期，目前其4台科学载荷——全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪运行正常，着陆器目前的身体状态也非常好。玉兔号的设计寿命是3个月，到2014年9月，它已经工作到第十个月了，算是超期服役，它的功能也会随着时间的延长而逐渐衰竭，预定于2017年前后发射的嫦娥五号不会再带新的月球车上去。