[科普中国]-月球车1号

最早的月球车

月球上没有空气，表面的重力只有地球的 1/6,宁航员必须穿好笨重密封的宇宙服。因此 尽管他们都经受过反复的专门训练和实习，但 走路迈步仍然都觉得难，总是摇摇晃晃像个醉鬼。为了进行月面研究，扩大宇航员的活动 范围,“阿波罗14号”的宇航员带了一辆小手推车到月球上，供他们收集月岩样品时使用。 1971年7月底，“阿波罗15号”的飞行员又带去 了一辆精致的电瓶车——“月球漫游者"，它长约3米,4个金属轮子都有单独的马达驱动，十 分灵便，它的速度最快时可达18千米/小时。2

不过，月球上的第一辆车并不是人带上去 的，而是前苏联无人飞船“月球17号”（1970年 11月10 日发射）送上去的。这辆“月球车1号” 形状甚为古怪，前后共有8个轮子，能够在地球 上的人的遥控指挥下，自动在月球上行驶，做试 验，收集岩石.甚至可爬上30度的陡坡。2

探月历程1970年1月17日,苏联发射月球17号探测器把世界上第一台无人驾驶的月球车——月球车1号送上月球,这也是航天史上第一辆月球车。月球17号探测器在月面雨海地区软着陆。随后月球车1号顺着探测器伸出的舷梯下滑到月面,进行了10个半月的科学考察,直到携带的核能耗尽后于1971年10月4日停止工作。月球车1号上装有遥测系统、电视摄像系统等,它仔细考察了约8万平方米的月面,拍摄了2万多张电视照片,在行车线的5百多个点上对月球土壤的物理力学特性进行了研究,对25个点上的土壤进行了化学分析,对月球表面的辐射特性进行了长期考察。3

月球车1号看起来像个大浴盆,上面有一个外凸的大盖子,下面有八个独立驱动的车轮。配有一个锥形天线,一个螺旋状天线,四个电视摄像头,还有专门的可伸缩的通过冲击月壤而进行探测其密度和机械性质的实验装置,一架X射线分光仪,一架X射线望远镜,一架宇宙射线探测仪,还有一套激光测距装置。车子由在盖子下表面镶嵌的太阳能电池板提供动力。最大行程达10540米。3

设计结构这辆月球车的外形像个圆桶，上面有一个凸起的盖子，车下面是8个轮子，每个轮子也都是独立控制。车上的装备包括一架锥形天线、一个高精度定向的螺旋天线、四台电视摄像机，以及一些用来测量月壤密度和物理、化学特征的设备。在凸起的盖子下面是太阳能电池。天线负责将月面上的状况传送给莫斯科一个五人小组，由他们远程操控月球车的下一步行动。4

月球车1号长2.2米，宽1.6米，重756公斤，由轮式底盘和仪器舱组成，用太阳能电池板和备电池联合供电，这就是“月球车1号”，它有八个轮子，直径是51厘米，通过电动机驱动和使用电磁继电器制动。仪器舱内除了安置遥测系统和电视摄像系统以外，还装有一枚同位素热源，这样可以使之保持温度。4

月球车1号一共运行了10个月（只能在月亮上的白天进行工作），一直到1978年10月4日才宣告终止。它一共行进了10公里，传回两万多幅电视图片和超过200幅全景照片。

1973年1月8日苏联发射月球21号，把月球车2号送上月面考察取得更多成果。最后一个月球24号探测器于1976年8月9日发射，8月18日在月面危海软着陆，钻采并带回170克月岩样品。至此，前苏联对月球的无人探测宣告完成，人们对月球的认识更加丰富和完整了。4

取得成果1970年11月17日，航天史上月球车1号自主巡视探测器首次飞往月球。它从“月球17号”空间站的着陆舱降落到虹湾南面的雨海西部，坐标为西经35°、北纬38.17°。此次探测使人类获得了具有独特价值的信息，这些信息将会成为月球表面建筑施工机器设计的基础。巡视探测器详细地勘查了8万m2区域内的月壤和月貌。月球车对500多个月球车轨迹点处的月壤表层物理力学特性进行了研究，还对20个轨迹点处的月壤化学组成进行了分析。月球车的技术资料和运动参数如右图所示。5

月球车1号行驶途中经过平原，发现了大量的撞击坑、lcm到5cm～10cm的月牙坑以及直径达几厘米的岩石碎屑，在石块表面还发现了含有微强度物质的黏结团块。在月球表面全景照片中，有大量凹坑和坑状沟，直径从150m-200m到500m、高度为3m-6m，同时存在大量的直径为5m～30m的凹坑和3m大小的石块。5

针入度测定实验表明，月球车运动路线上的月壤成分与“月球”16号探测器着陆处的洛格里特岩没有差别，其粒度低于lmm，是弱连接的松散粉状砂质材料。途中经过的洛格里特层的厚度是不固定的，与其周围的月貌有关。根据大致估计，在斜坡下平地处厚度可达1m～5m；而在山顶和斜坡处，减少到几厘米。在月球车1号测量地点，月壤疏松层的厚度不低于6cm。最表面的1cm-2cm(细粒)层更加疏松，承载力为2kPa-3kPa。

为了确定月壤化学成分，使用了相对简单但十分有效的方法——同位素X射线荧光分析法。该方法的工作原理是：特种同位素源(放射性同位素)辐射月球车轮前的月壤，电离月壤组成元素的原子，结果产生了回应的X射线，其能量与某种化学元素严格吻合；带有滤波器的传感器收到回应射线，统计出回应量子并确定能量；计数器读数以遥测信号形式传送到地球。由于任何化学元素都放射其自身固有的X光谱，因此可确定月球车运动途中月壤的元素成分。月球车1号运动途中的月壤化学成分测定结果(百分比)如图所示。5

月球车1号还使用其他方法测定月球表面的物理力学特性，例如，通过分析月球车直线运动中的轮子深度和月壤形变特性，并同转弯时的这些指标进行比较，可以确定月岩表层构造和强度特性。对比针入度测定仪的数据结果，苏联学者很详尽地判断出10540m长的路线上的月壤特性。

行驶过程中，月壤被月球车轮压固，同时向侧面凸起。这时月壤发生断裂，并伴随产生裂痕、缺口、团块和未崩陷的扭曲薄壁，这是细粒黏结月壤的典型特征。

承载力的测定表明，月球车运动路线上的月壤力学特性很不均匀。测量地点的承载力在20kPa～lOOkPa之间波动，某些凹坑坑唇的承载力明显低于凹坑水平区域和斜面的承载力。多次重复承载力测定实验，并进行数据统计处理，根据这些数据可以建立一段路线上月壤承载力数值的统计分布曲线和直方图(如图3.49)。由图可知，月壤的承载力分布极不均匀。在最大分布频率0.46处，相应承载力的值为34kPa。根据轮子压人深度和月球车通过后表面产生的形变，计算得到表面月壤承载力，其值很小，达2kPa-3kPa。在80mm-100mm厚度的月壤层移动进行的测定表明，该区域月壤具有极高的力学特性，承载力达100kPa。5

月球车1号运动路线上，月球岩石成分的物理力学特性的研究结果如图。

后继发展“月球车1号”的成功，让美国人深受鼓舞，于是，在他们的月球探测中，也出现了月球车。1971年7月26日，“阿波罗”15号飞船把美国第一辆月球车送上了月球，与“月球车1号”不同的是，这是一款有人驾驶型月球车。名字叫做“巡行者1号”，这个月球车长3米，宽1.8米，重209公斤。它是一个双座四轮的自动行走装置，以电池为动力，最高时速可达16公里。宇航员坐在里面驾驶着它在月球表面巡游，在27.9公里的旅程中，他们以车代步，爬越障碍，翻越沟壑，对山脉、峡谷和火山口进行考察，并把激动人心的彩色图像传回地面。随后，美国又有多辆月球车登陆月球。6