“玉兔号”月球車:嫦娥三号的巡視探測器-中文百科頻道

名稱來曆

玉兔号月球車，是嫦娥三号的巡視探測器部分。

2013年9月25日，嫦娥三号月球車全球征名活動在北京釣魚台國賓館啟動。國内民衆和海外同胞可通過互聯網在線提交作品，每人最多可提交5個方案，每個方案需包括不多于300字的創意說明和背景闡釋。

至10月25日征名提交截止，由科技專家和文化專家組成的評委會，分别進行了入圍初評、網上投票和終審評審。通過入圍評審，選出了10個入圍名稱，提交新華網進行網上投票評議；10天共收到有效投票3445248張，其中玉兔号，649956張，得票第一。又經過終審評審，評委投票與公衆投票的結果加權計算，最後經探月工程重大專項領導小組批準，中國第一輛月球車命名為“玉兔号”。

“玉兔号”既體現了中華民族的傳統文化，又反映了我國和平利用太空的宗旨。傳說中，當年“嫦娥”懷抱玉兔奔月，玉兔善良、純潔、敏捷的形象與月球車的構造、使命既形似又神似。

設計背景

嫦娥三号

嫦娥三号是中國航天領域迄今最複雜、難度最大的任務之一。嫦娥三号任務作為探月工程二期主任務，是‘繞、落、回’三步走中的關鍵一步，對整個探月工程乃至航天事業的發展具有重要意義。中國分别于2007年、2010年成功發射嫦娥一号、嫦娥二号衛星。

探測器構成由着陸器和巡視器組成，肩負着中國航天器首次地外天體軟着陸的重任。着陸器将“懷抱”“玉兔”号巡視器落月，然後“玉兔”号駛離着陸器在月面進行為期約3個月的科學探測。着陸器則在着陸地點進行就位探測。

工程目标

突破月球軟着陸、月面巡視勘察、深空測控通信與遙操作、深空探測運載火箭發射等關鍵技術，提升航天技術水平；研制月球軟着陸探測器和巡視探測器，建立地面深空站，獲得包括運載火箭、月球探測器、發射場、深空測控站、地面應用等在内的功能模塊，具備月球軟着陸探測的基本能力；建立月球探測航天工程基本體系，形成重大項目實施的科學有效的工程方法。

設計結構

“玉兔号”月球車重約140千克，呈長方形盒狀，長1.5米，寬1米，高1.1米，周身金光閃閃，有6個輪子，由移動、導航控制、電源、熱控、結構與機構、綜合電子、測控數傳、有效載荷8個分系統組成，業内人士形象地稱之為“八仙過海，各顯神通”。月球車副主任設計師魏然用4句話形容它：肩插“太陽翼”，腳踩“風火輪”，身披“黃金甲”，腹中“秘器”多。

休眠模式

由于月球晝夜溫差非常大，白晝時溫度高達150攝氏度，黑夜時低至零下180攝氏度。為适應極端環境，“玉兔号”月球車利用導熱流體回路、隔熱組件、散熱面設計、電加熱器、同位素熱源，可耐受300攝氏度的溫差。月球繞地球轉一圈需要28天多，月球自轉也是28天。

這意味着，月球上的一晝夜相當于地球上的28天。月面夜間最低溫度可以降至零下180攝氏度，電子設備根本無法工作。月球上的一晚上相當于地球上的14天。為此，科研人員為“玉兔号”設計了休眠模式——14天工作，14天“睡覺”。該“睡覺”的時候自動進入休眠狀态養精蓄銳，該“起床”的時候又能自動喚醒重新投入工作。這種“日出而作，日入而息”的規律作息，極大地增強了“玉兔号”适應月表惡劣環境的生存能力。

經曆極低溫度後，“月夜喚醒”是一個難題。科研人員為月球車設計了可伸縮的太陽能電池帆闆，白天工作時展開，夜晚則收起來，将儀器設備包在裡面。這種“包裹式睡眠”，有助于保護各種儀器不被凍壞，确保月球車有剩餘電力“自主醒來”，重新展開太陽能電池帆闆迎接陽光。

對于一些特别嬌嫩的設備，車内還專門準備了核電池。資料顯示，核電池提供電能時間非常長，一個硬币大小的核電池，就可以使用5000天。這項技術如能成功，将使我國成為繼美俄之後，世界上第三個将核動力應用于太空探測的國家。

白天時，‘玉兔号’月球車的太陽能電池帆闆還要調整角度，避免被陽光照射得太熱。最熱的月午，月球車還要進行‘午休’。“玉兔号”月球車設計壽命3個月，這意味着她要經曆3個月球白天和3個月球黑夜。所有的工作，要在月球時間的“上午”和“下午”完成。

系統組成

移動分系統：采用輪式、搖臂懸架方案，具備前進、後退、原地轉向、行進間轉向、20度爬坡、20厘米越障能力；

導航控制分系統：攜帶有相機及大量傳感器，在得知周圍環境、自身姿态、位置等信息後，可通過地面或車内裝置，确定速度、規劃路徑、緊急避障、控制運動、監測安全；

電源分系統：由兩個太陽電池陣、一組锂離子電池組、休眠喚醒模塊、電源控制器組成，利用太陽能為車上儀器和設備提供電源；

熱控分系統：利用導熱流體回路、隔熱組件、散熱面設計、電加熱器、同位素熱源，可使月球車工作時艙内溫度控制在+55℃～-20℃之間；

結構與機構分系統：由結構和太陽翼機械部分、桅杆、機械臂構成，主要為各種儀器、設備、有效載荷提供工作平台；

綜合電子分系統：将中心計算機、驅動模塊、處理模塊等集中一體化，采用實時操作系統，實現遙測遙控、數據管理、導航控制、移動與機構的驅動控制等功能；

測控數傳分系統：保證月球車與地球38.4萬公裡的通信以及與着陸器之間的通信；

有效載荷分系統：月球車配備的科學探測儀器，包括全景相機、紅外成像光譜儀、測月雷達、粒子激發X射線譜儀等。

執行任務

任務目标

月表形貌與地質構造調查；月表物質成分和可利用資源調查；地球等離子體層探測和月基光學天文觀測。

北京時間2013年12月14日21時45分，在北京航天飛行控制中心精确控制下，“玉兔号”月球車展開機械臂，對月壤成功實施首次月面科學探測。

發射過程

第一階段：飛行5天

2013年12月2日淩晨1時30分，長征三号乙遙二十三運載火箭搭載嫦娥三号衛星在西昌衛星發射中心發射，由運載火箭直接送入據近地點約200千米、遠地點約38萬千米的地月轉移軌道。飛行時間約為5天，其間進行2至3次中途修正。

專家解讀：嫦娥三号的這次奔月飛行比嫦娥二号略長一點。因為這次采用的是飛行時間和飛行路線較長，但比較節省能量的“霍曼軌道”。

第二階段：圓軌道繞月4天

近月制動後，進入100×100千米的環月圓軌道，運行約天後，擇機變軌。

專家解讀：嫦娥三号的前4天繞月，除了可以對月球進行科學觀測，更是要利用這個機會獲取更多數據，為最後确定着陸點做準備。

第三階段：橢圓軌道繞月4天

變軌後進入100×15千米的橢圓軌道，運行約4天後，從高度約15千米的近月點開始動力下降。

橢圓軌道的近月點是15千米，而且正好在虹灣地區上空，嫦娥三号在後4天的繞月中可以更加準确地對預訂着陸點進行勘察測量，以保證着陸點沒有月坑或大的石頭。如果說前4天繞月是對月球“看一看”，後4天繞月就是“仔細看”。

第四階段：下降720秒後着陸

動力下降的時間為720秒。其間，嫦娥三号将利用微波測距敏感器、激光測距敏感器進行對月測距測速；利用光學成像敏感器在接近段進行粗避障；利用激光三位成像敏感器在懸停段進行精避障，實現安全區軟着陸。

專家解讀：到這個階段，嫦娥三号任務就進入了最關鍵階段，也是最有看點的階段。這短短的12分鐘裡體現出來的技術含量是非常高的。720秒是經過精細計算的——嫦娥三号不是垂直向月面下降，是與月面成一定角度下降，并且“一邊落一邊仔細看”，因為15千米的距離還是比較遠的。在這12分鐘内如果發現月面還有障礙，比如坡度比較陡，或有隕石坑、大石頭等等，還來得及及時躲避。而且下降過程中在一定高度還要懸停一段時間，在靜止的狀态下最後勘測地面障礙。

第五階段：“玉兔”登月

着陸後，擇機完成月球車釋放，着陸器建立工作狀态。“玉兔号”月球車移動到轉移機構上，随轉移機構運動到位，并駛離轉移機構，抵達月面。

專家解讀：這是唯一沒有公布具體時間的階段，但估計時間不會很長。現在能确定的是，北京飛控中心能夠在第一時間看到嫦娥三号傳回的畫面。

第六階段：月面工作3個月到1年

在月晝期間，着陸器在原地進行科學探測，月球車進行巡視勘察。月夜期間二者都斷電休眠，依靠同位素熱源保持整器的溫度。度過月夜後，通過光照自主喚醒，繼續實施探測任務。着陸器在月面的工作時間是一年，月球車是三個月。

專家解讀：雖然月球車的設計工作時間是三個月，但實際上隻要它不發生技術故障，或掉進深的月坑裡，預計能工作的時間會超過三個月。

着陸與工作

2013年12月14日21時11分，嫦娥三号成功着陸在月球西經19.5度、北緯44.1度的虹灣以東區域，随即按計劃開展了着陸器與巡視器分離各項準備工作。

14日23時45分，地面科技人員對兩器分離的實施條件，包括着陸點環境參數、設備狀态、太陽入射角度等，進行了最終檢查确認。随後，向嫦娥三号發送指令，兩器分離開始。

12月15日4時35分，嫦娥三号着陸器與巡視器分離，“玉兔号”月球車順利駛抵月球表面。

12月15日23時40分許，“玉兔”月球車行駛到着陸器偏北方向，開始第一次兩器互拍。月球車上的五星紅旗清晰、完美地出現在着陸器拍攝并傳回的畫面中，這是五星紅旗首次在地外天體上留影。中國探月工程總指揮馬興瑞宣布，根據測控通訊指揮部的報告，“嫦娥三号”着陸器、巡視器互拍已結束，數據傳輸正常。經判别，數據完整、圖像清晰，巡視器和着陸器工作狀态良好，達到了工程既定的目标，“嫦娥三号”任務取得圓滿成功。

休眠

互拍結束後，“玉兔”要對身上的科學載荷進行“體檢”。待到太陽快落山，它會在地面技術人員幫助下找到休眠點，擺好姿勢準備“入睡”。月球一夜相當于地球的16天，兔子可以好好休息一下。

喚醒

2014年1月11日，我國“玉兔”号月球車啟動喚醒電路，在月球上沉睡了14天後重新恢複工作。

自動喚醒過程

月球車飽飽睡了登月後的第一覺後，月球上天亮了。太陽從月球東邊升起，陽光照射在月球車太陽翼的電池片上，産生電流。月球車上綜合電子、測控等設備陸續加電。電充到一定值後，接通開關。測控線路傳輸信号到地面，告訴地面科研人員“兔子”醒了。科研人員再從地向月發送信号，設置月球車的工作狀态。

出現故障

2014年1月25日淩晨，第二次月夜休眠前，受複雜月面環境的影響，月球車的機構控制出現異常。當日，月球車用拟人化口吻通過微博表示，“有些結構不太聽話了，本來應該今早開始睡覺，但現在……師父們都在使勁想辦法，不過，我還是有可能熬不過這個月夜了。”

2014年2月10日被認為是“玉兔”所在月球虹灣區結束月夜的日子，但月球車及官方組織都沒有關于它是否“醒來”的消息。持續關注玉兔号月球車動态的美國宇航局（NASA）在其中文官方微博上評論，“玉兔本來就屬于月球，現在算是到家了”，并附蠟燭圖案示意悼念。

2014年2月13日8點49分，玉兔月球車微博發出消息“Hi，有人在嗎？”，通告世人她已經“蘇醒”。探月工程新聞發言人裴照宇當天說，“玉兔”已全面蘇醒，恢複到休眠前正常的信号接收狀态，但機構控制異常的故障仍在分析排查中。

超期服役

2014年9月4日，中國探月工程總設計師吳偉仁表示，9月6日“玉兔号”月球車将進入第十個月晝工作期，目前其4台科學載荷——全景相機、測月雷達、紅外成像光譜儀、粒子激發X射線譜儀運行正常，着陸器目前的身體狀态也非常好。玉兔号的設計壽命是3個月，到2014年9月，它已經工作到第十個月了，算是超期服役，它的功能也會随着時間的延長而逐漸衰竭，預定于2017年前後發射的嫦娥五号不會再帶新的月球車上去。