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玉兔月面生存有妙招 冬眠度月夜抗-180度低温

http://www.kexue.com 2014-01-14 09:04:22 腾讯科学  发表评论


地面与月面巡视器之间的通信延迟也会对“玉兔”的控制出现差错,在危险感知、避障以及巡视器平台自身危险处置上都需要有更加稳妥的考虑

  月球上一个昼夜接近地球上的一个月时间,对半分的话一个月夜也长达接近十多天,在此期间,登陆虹湾地区的“玉兔”月面巡视器无法接受到太阳光的照射,而且月球上的昼夜温差极大,月夜的温度可达到零下180摄氏度,相比较而言,地球上最冷地方的温度也才零下90摄氏度左右,“玉兔”不仅要维持自己的“体温”,还需要为巡视器上的仪器提供一定的电力供应。

  在“玉兔”的设计方案中,重点考虑了如何安全度过月夜的问题,在无光照的环境下不仅要开源,也要节流,重要的措施是巡视器需要在月夜切断相关仪器的电源,减少不必要的开机耗电,同时也要增加能量来源,比如使用太阳能电池板与锂离子蓄电池组合,将月球上白天期间“收集”到的太阳能储存起来,虽然以蓄电池为基础的装置受到质量上的制约,但也能为“玉兔”巡视器提供一定程度上的电力供应,有助于降低设计难度,提供成功率。

  同时“玉兔”也使用了放射性同位素电源,这个装置通过放射性同位素衰变来产生能量,简单地说就是温差原理,钚-238的半衰期可长达80多年,完全可以在“玉兔”巡视器的任务期内提供足够的电能,而且在多年工作后期输出功率还能保持在一定的水平上,并不会出现较大的落差。美国宇航局的多个行星际探测器都使用了放射性同位素电源作为主要能量供应形式,比如最新的火星科学实验室“好奇”号、上个世纪70年代末发射的旅行者系列探测器等,其特点是质量轻、比功率大,技术成熟,是地外天体探索的重要电源,可以认为未来的深空探索将越来越多地使用到放射性同位素电源。

  在拥有足够的能量供应后,“玉兔”巡视器要想实现月面生存还需要有完善的休眠机制,因此自动休眠和唤醒是节能开源之后的又一重要措施,“玉兔”上的休眠程序与太阳高度角有关,在此过程中太阳能电池板、蓄电池单元、放射性同位素电源、电源开关等需要在地面指令和控制器的协调下完成休眠动作,休眠期间由放射性同位素电源提供电能。此外,月面生存还受到需要考虑到月面环境的其他制约因素,比如月球表面的尘埃可能在着陆时扬起,并覆盖到太阳能电池板上,这就降低了太阳能电池板的效能,当然月球表面上并没有火星上恶劣的尘暴天气,因此来自尘埃的干扰会相对小一些,美国宇航局的勇气号就遭受过类似的灾难,太阳能电池板被大量尘埃所覆盖,导致电力供应紧张。

  月面生存的最大难点之一在于“玉兔”巡视器的定位导航和路径规划上,勇气号在2009年5月时车轮陷入软土中,于是被转为静止观测平台,极大限度地降低了勇气号的探索能力,根据“玉兔”巡视器的探索计划,在设计寿命的3个月内,将在月球上行走大约10公里左右,嫦娥三号选择的软着陆区周围地势相对较为平坦,在路径规划上遇到的困难也会比着陆极区等地方小一些,但是也需要注意到较小的坑坑洼洼,防止发生倾覆。月球表面的土壤较为松软,“玉兔”巡视器的车轮在不同地形下分配到的重量也会出现差异,精确控制驱动使用的动力也可以实现节能的目的,不仅能防止车轮打滑,还可以延长月面探索时间。(罗辑)

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