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同樣是月球車,有輪子能在月球上移動,但我們的月球車“玉兔號”與美國月球車“漫遊者”卻是完全不同的兩樣東西。
彆著急,且聽我一一道來:
“玉兔”月球車是我們自主研製的可在月球表面自主行走的移動探測設備,是6輪全驅動月球車,長1.5米寬1米高1.1米,自重140公斤,可以承受月球極端高低溫、強宇宙輻射等惡劣環境,可爬20度的斜坡、翻過20釐米的障礙。這些數據看起來並沒什麼大不了的,更何況“玉兔號”的速度極慢,只有200米/小時,連小寶寶的童車都能輕鬆超過它。
(“玉兔號”月球車)
為什麼“玉兔”跑這麼慢,是它根本就跑不快嗎?不是。月球車之所以跑得不快,是因為它身上裝著十多件精密科學儀器,它的任務並不是在月球上撒歡,而是要像科學家那樣對月球表面進行各種科學探測,並將探測所得到的數據通過無線通信鏈路發到“嫦娥”月球著陸器,再由嫦娥回傳給地球上的測控站。
我們的第一輛月球車“玉兔號”上搭載了共4臺全景相機和導航相機,它可以自主判斷障礙並避開障礙,還可以自主規劃行進路線。它還搭載了紅外成像光譜儀、激光點陣儀、粒子激發X射線譜儀、測月雷達等十多臺不同功能的科學設備。月球車不僅可以通過測月雷達對下方100米厚度的月球土壤結構進行探測,還可以通過機械臂對月球土壤進行毫米級的取樣、粉碎並現場分析其化學性質。
(“玉兔二號”月球車)
月球車“玉兔二號”儘管身材大小跟“玉兔號”一樣,爬坡過坎的能力也並不突出,但它可以藉助搭載的測月雷達、紅外成像光譜儀、中性原子探測儀、低頻射電天文觀測設備等許多科學儀器設備對月球環境、地質和空間數據進行科學分析。
所以咱們的“玉兔”月球車與其說是一輛車,倒不如說它是一位多面手的宇航員和科學家,在環境險惡、寂靜荒涼的月球上一邊走一邊搞科學研究,同時把研究成果分享給地球上更多的科學家團隊。
說月球車,就不得不提大名鼎鼎的美國“漫遊者”月球車。
我們都知道上世紀70年代初美國阿波羅計劃中“阿波羅15號”、“阿波羅16號”和“阿波羅17號”分別攜帶了三輛月球車上月球,它們都叫“漫遊者”月球車。
(“漫遊者”月球車)
與肩負科學探測任務的“玉兔”月球車不同,“漫遊者”號實際就像是一臺電瓶車,它的作用就是作為宇航員在月球上的交通和通信工具,同時用來運送一些設備、月壤和礦石。所以“漫遊者”更大更快、功能單一、結構簡單、操作方便。
(月球車手冊之功能分解)
“漫遊者”號,展開後長3米、寬2米、高1.14米;它是可摺疊的,摺疊後的尺寸大約是1.5X1.5X1.1米。阿波羅工程的技術人員會在地面將月球車摺疊起來,垂直固定在“阿波羅”飛船登月艙下降段的側面,等到飛船降落月球,宇航員出艙後再把它放下來展開並安裝好。這是一個比較複雜的過程,需要兩名宇航員密切配合。
(地面工作人員正在往阿波羅飛船側面安裝摺疊後的月球車)
(月球車部署示意圖:宇航員先要解除固定裝置)
(兩名宇航員合力拉開月球車固定裝置,放下月球車)
(下降的同時展開月球車)
(打開座椅,安裝必要的設備,在經過一系列調試過程後,就可以啟動月球車了)
“漫遊者”月球車是由電池驅動的純電動車,與之前蘇聯發射使用太陽能帆板的“月球車一號”不同,美國“漫遊者”月球車攜帶了兩塊合計242安時電量的氫氧燃料電池,這種電池是將氫氣、氧氣和電解質的化學能直接轉換成電能和水的發電裝置,它的能效轉換比高達80%,是一種非常高效的發電裝置。原則上它的電能受限於攜帶的氫氧氣體多少。
(氫氧燃料電池產生電能原理)
鑑於氫氧燃料電池擁有如此高的電能轉換效率,所以包括阿波羅飛船、月球車,甚至其後的美國航天飛機都採用它提供電能。但由於它造價高昂,相當長一段時間裡都沒有走入民用。
(宇航員正在用吸塵刷掃除電池上方的月塵)
由於月球車燃料電池的工作溫度在攝氏0~50度左右,所以它們被裝在車前方一個有熱交換裝置的防塵盒子裡,盒子表面帶有小方格子的鏡面不是太陽能板,而是反射陽光的散熱器,平時這個散熱器上面還有個蓋子(就是畫面中立起來的金色蓋板),它主要起到防塵的效果,很顯然阿波羅15號的月球車並不能做到完全防塵,需要宇航員時常拿刷子進行清掃以防電池過熱。
(月球車手冊之電池模塊)
“漫遊者”月球車有四個車輪,每個車輪上都裝有一個獨立的馬達,前後輪都可以轉向,它是一臺不折不扣的四驅車。其實它的速度並不快,設計最高速度20公里/小時,它的電池可以驅動月球車跑50公里左右。實際上因為月球表面崎嶇不平又有很多石頭,所以開的並不快。阿波羅計劃的三次月球車任務中,阿波羅15號月球車跑了27.9公里、16號車跑了27公里、17號車跑了35公里。
(月球車行進連拍照片)
有許多朋友對美國月球車碩大的車輪和它上面的擋泥板感興趣,覺得他們怎麼能把地面用的橡膠輪胎搬到月球上去,難道就不怕曬爆?
事實上,“漫遊者”月球車的四個車輪是彈性鋼絲編制的,在它的接地面安裝了交錯的金屬片以減小壓強,所以不注意看還以為是普通汽車的橡膠輪胎。
(月球車手冊之鋼絲輪胎的截面圖和局部示意圖)
之所以這樣設計,主要是考慮到宇航員乘坐的舒適性,它可以在讓灰塵漏下去的同時儘可能地增大與月面的接觸面、加大抓地力,最大程度地減輕重量,另一方面還可以杜絕橡膠輪胎的種種弊端。
儘管月球車速度最快只有20公里/小時,但鑑於車輪的設計,它在月球上它還是會揚起很高的月塵,這些灰塵無論是落在設備上還是宇航員的宇航服上都會造成不良影響,所以設計者給月球車裝上了四個橘紅色的擋泥板,嚴格意義上說應該叫擋灰板。
“玉兔號”因為速度極慢,所以用不著擋灰板。
(月球車正在被安裝到飛船上,從照片我們可以清楚地看到鋼絲車輪和擋灰板)
“漫遊者”月球車的機械結構比較複雜,但控制系統卻相對簡單,宇航員經過訓練後可以熟練地操控它前進後退和轉向。與別的車輛不同的是,宇航員需要時刻留意電池和馬達溫度的變化,根據需要採取降溫措施。
(月球車控制面板,上面有指南針、速度表、溫度指示和一些控制開關。下方有一個白色T形控制手柄,最下方橘紅色的是腕託)
(月球車手冊之方向與速度指示模塊示意圖)
最後做個總結:
“玉兔”號月球車與50年前美國“漫遊者”存在巨大的速度差異,有以下幾方面的原因:
一、“玉兔”號是科研設備載具,“漫遊者”是代步工具。
二、“玉兔”號需要時間邊走邊探測邊研究,“漫遊者”以幫助宇航員最快最輕鬆到達目標為己任。
三、“玉兔”號是無人駕駛、自主移動,“漫遊者”是由宇航員駕駛,人的反應速度要快多了。
四、“玉兔”號是個極其複雜精密的設備,“漫遊者”結構簡單、耐造。
五、“玉兔”號身板小輪子小,見到石頭繞著走,“漫遊者”跟福特轎車一般大,碾過石子不在話下,了不起翻車了扶起來便是。
兩種月球車是人類科技不同階段的產物,它們的使命作用也不相同,尺有所短寸有所長,不適合簡單粗暴地放在一起比速度。
如果你有什麼疑問,歡迎在評論區留言,我會盡力為你解答。
謝謝!
老粥科普
玉兔二號速度確實慢,1小時200米,而美國當年載人登月月球車時速十幾公里,不過兩者用途不一樣,玉兔二號是月面探測器,美國登月月球車只是宇航員的代步工具。
美國當年登月的時候,宇航員的宇航服都是很笨重的,雖然在月球上,宇航員感覺上宇航服不是很重,但是宇航服的加壓層、關節保護等構造,仍然使得宇航員行走比較困難,從登月視頻中可以看出來宇航員就像快步小跳一樣,腿都不帶彎的,在月面行走的時候,也用過柺杖,即便如此宇航員還是經常摔倒,搞的灰頭土臉。後來阿波羅15號之後,就帶著月球車,以蓄電池為動力,作為宇航員代步工具,所以美國前幾次登月行走的距離都比較近,最後兩次走的遠。
玉兔二號不一樣啊,搭載了幾種科學載荷,包括中性原子探測儀、紅外光譜等儀器,為的是瞭解太陽風對月球的影響,瞭解月球地表的元素組成,瞭解月球地下近地表及地下深層的信息。有人的和無人的就是不一樣,人的自主性很高, 即便月球車翻了,人也能把它翻過來,壞了不用就行了,可是玉兔二號不一樣,它是為月面探測製造的,跑得快無法探測,加上月塵可能卡住構件,使得無法行進。
性質和用途的不一樣,決定它們的行駛速度。玉兔二號要是不用管探測任務,也可以設計的速度比較高,在月球沒心沒肺地跑,可那有什麼意義,發射遙控汽車到月球玩兒?那可一點都不好玩兒。
來看世界呀
因為中國的“玉兔”月球車嚴格意義上不能叫做“車”,它是個巡視器,是個能移動的月球探測器。
它攜帶著很多有效載荷進行科學探測,結構設計比較複雜,工作性質不允許它快走,另外它是一個無人探測器,月面地形複雜,走路時需先自主判斷,一旦因走的太快翻車,將無法再爬起來,探測活動只能提早結束。所以它的設計最高時速為200米。而美國阿波羅飛船攜帶的月球車是個名副其實的車,是阿波羅登月飛船的宇航員的代步工具。
這是美國宇航局為了減輕宇航員的負擔特別製作的,因為登月的宇航員都反映在月球上走路太累了,月球上沒有空氣,月面宇航服要製造出與地球上相同的大氣壓來保護宇航員,所以做的宇航服非常笨重,在月面上走路腿都不好打彎,根本就走不遠。
阿波羅11號的宇航員奧爾德林甚至發明了在月球上蹦著走路的方法。搬個重物使個勁,心臟就呯呯亂跳,非常累。
阿波羅11到阿波羅14上並沒有這個月球車,是從阿波羅15號開始的,到阿波羅17一共三輛月球車,至今還留在月球上。因為只是個代步工具,所以美國人把它設計成類似地球上的越野敞篷吉普車,
底盤低,結構簡單,電力系統全部用來提供驅動力,又因為有人駕駛,也不怕翻車,翻了可以扶起來嘛。所以設計的時速比較高,時速達十幾公里。
另外眾所周知,2013年發射的嫦娥三號月球探測器雖然圓滿完成落月任務,但其巡視器――玉兔號月球車卻出了故障,不能行走了。
這是因為月面環境太複雜了,月晝和月夜溫差最高達400℃,再加上月面崎嶇不平,月球車經受的惡劣環境在某些方面比火星車都要厲害的多,(火星和地球很類似,有大氣、有四季,自轉週期也接近24小時,平均溫度零下55℃,雖然比地球低一些,但晝夜溫差並不大。唯一的災害就是塵暴。)玉兔號月球車的故障原因,據專家分析認為設計上有兩處不到位,一是對月球環境有認識,但認識不到位。二是對可能出現的故障處理措施不到位。所以比較科學的解釋:1.由於月球車要小型化,設計上高度集成,相應部分沒有備份。2.所有輪子的驅動機構的控制電路都在一塊板子上,可能是月球車在行走過程中駛過一塊大石頭時有條導線表皮被割破,使導線與月球車支撐體短路相接導致驅動控制電路的電源短路。所以這次嫦娥四號的“玉兔二號”月球車在設計上充分考慮了這些因素,在行走過程中要求格外小心,行走速度絕對不允許快。
大家可以看出,這次月球車甚至增加了“午休”,去掉了鑽探的機械臂,減少工作負荷。它有兩套供電系統,一套是同位素溫差發電機在月夜時為月球車提供熱量,另一套太陽能電池板提供的電力,它除了提供驅動動力外,主要為月球車上安裝的各種國際合作的科學儀器提供電力,因此不會用大功率能量去做移動的動力,所以想快也快不了。還有這次是著陸月球背面,巨大的月球身體阻擋了探測器與地球的直接通信,為了通信先期發射了中繼星,
玉兔二號月球車自身攜帶通信設備,除了能與著陸器通信,還能單獨與中繼星通信,直接接受地球的操作指揮,所以玉兔二號是個非常精密靈敏珍貴的科學儀器設備,移動起來不能象個皮實的破車子那樣快。相比之下,美國的月球車上沒有科學儀器,只裝載簡單的通信設備能與登月器聯絡,高端的通信設備都安裝在宇航服上,它的電力幾乎全用於四輪的驅動力,動力十足,四個輪子是輪胎不是輪轂,速度自然快。
物原愛牛毛1
用途不一樣,其實在無人探測器領域,我國的玉兔二號跑的並不慢。雖然時速200m,也就比螞蟻快一點,但是起碼可以運動。
無人探測器是常駐月球表面的,如果翻車了,那基本就報廢了。
那為了穩妥期間,還是讓無人探測器走的慢一點。前蘇聯的月球表面無人探測器也和我國的玉兔二號時速差不多。
而美國載人登月並不是在阿波羅11號計劃中用到的,而是後幾次載人登月才使用月球車。
重要原因是前幾次載人登月的宇航員反饋收集土壤而做實驗要走很長的路,而攜帶儀器,這樣會消耗宇航員的體力。於是後幾次登月就順便弄個月球車,這樣方便大範圍採集信息。即便是翻車了,也可以讓宇航員給扶正。
美國在阿波羅11號之前發射了幾次無人探測器,它們的速度也不敢太快。月球車的時速差不多18公里,和自行車差不多。反正用完就扔在月球上了,是一次性產品。
而無人探測器是要保持長久工作的,如果速度很慢就意味風險很大,一旦卡住或者翻車就報廢了。反正無人探測器有的是時間在月球表面,也不像宇航員急著返回地球,所以並不要求速率大小,主要還是把穩為好。
科學認識論
前不久登陸月球南極馮-卡門撞擊坑的玉兔月球車,速度不快,大約在每小時200米左右。美國宇航局在阿波羅登月期間使用的月球車速度為每小時10公里左右,這是有人駕駛的月球車,當然速度要快很多。
根據嫦娥4號的任務設計,預計能夠運行10公里左右,這也是一個新的里程碑。目前在地外天體上運行最遠的移動裝置不是阿波羅計劃攜帶的月球車,而是機遇號火星車,達到43公里以上。當然機遇號運行了大約15年的時間,也是慢慢挪動才達到了這個距離。
阿波羅計劃上的月球車形成歷程大約27至35公里不等的距離,也是在登月幾天內實現了。
當然如果需要可以開得更遠,因為載人登月時間的問題,月球車無法運行太遠,這裡也是安全因素的考量。萬一車壞了,登月宇航員豈不是要走回來,所以阿波羅登月艙攜帶的月球車沒有開太遠。
太空伊卡洛斯
現在月球上一共有“七輛車”,其中兩輛是我國的玉兔號和玉兔二號月球車,有三輛是美國載人登月阿波羅15號、阿波羅16號、阿波羅17號飛船送到月球表面上的,還有兩輛是前蘇聯月球17號探測器攜帶的月球車一號、月球21號探測器攜帶的月球車二號。
圖:前蘇聯的月球車
雖然都被稱為月球車但是它們的用處是不同的,我國和前蘇聯的月球車主要應用於科學探測、巡視、拍攝月面等等,不要求速度只要求穩定。我國的玉兔二號月球車的時速大約是200米,前蘇聯的月球車速度應該也是這個水平。
圖:我國的玉兔號月球車
圖:我國的玉兔二號月球車
而美國送到月球表面的月球車純粹是“代步車”,沒有探測任務。由於月球表面崎嶇不平宇航員又身著笨重的航天服,只能在著陸點附近活動。為了探索更大的面積,美國在後三次載人登月都帶上了月球車,第一個在月球上飆車的就是阿波羅15號的宇航員戴維斯和詹姆斯,這個月球車的平均時速8~9公里,美國的三輛月球車在月面上都跑了將近30公里的路程,在宇航員返回時被拋棄在月球表面。
科學黑洞
答:兩者用途不一樣,玉兔二號攜帶科學儀器進行實地考察,設計時速200米;阿波羅登月時用的月球車是載人的,時速可達十幾公里。
嫦娥四號攜帶的玉兔二號,整體質量135kg,有太陽能和同位素溫差核電池兩種供電方式,設計行駛速度為200米每小時,可以說是非常慢的。
一方面考慮到我國月球實地探測剛起步,對月面的實地情況瞭解甚少,玉兔二號的設計速度不高也是安全起見;另外一方面,玉兔二號的任務本身對速度沒有太高要求,探測月表成分,測量月表輻射劑量等等,不需要長距離的跋涉。
在美國的六次載人登月中,阿波羅11號、12號和14號都沒有使用月球車,經過這三次載人登月,美國取得了月表塵土和岩石的大量樣本,掌握了月表更多的詳細信息。
所以在阿波羅15號、16號和17號時,分別攜帶了一輛可以搭乘兩人的月球車,目的就是讓宇航員走到更遠的地方,尋找可能有價值的岩石樣本。
比如阿波羅17號載人登月,宇航員施密特和塞爾南在月錶停留75小時,駕駛月球車在月球表面行使了34公里,帶回來110.5千克的岩石樣本。
不過事實也證明,美國在阿波羅登月中,從月球表面帶回來的岩石,沒有取得特別重大的科學發現,月球的形成還是一個謎團。
這次嫦娥四號的著陸地點馮卡門撞擊坑,是一個有著36億年曆史的隕石坑,猜測隕石坑形成時,會把月球的內部物質撞擊出來,如果玉兔二號採集到了這樣的樣本,或許能讓我們揭開月球形成之謎。
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艾伯史密斯
區別在於美國月球車是有人駕駛,而我國的玉兔一號與二號是無人駕駛,另外的一點就是,美國版月球車作用是代步用,減少宇航員工作體力,而我們的月球車是探測用、科學研究用,上面搭載著科學載荷,如果因為行走過快而發生側傾、傾倒現象,則功虧一簣。
拿我們的玉兔二號月球車來說,時速200米,確實慢的很,為什麼不設計的行走快一點呢,除了上面說的擔心側傾問題外,還有就是沒有必要,只需要行走到目的地即可,沒必要快。
蘇聯人的月球車一號與二號同樣行駛的很慢,月球車一號有八個輪子,採用太陽能與備用電池供電,在月面上工作了10個月,行駛了10公里,拍回來了200多幅全景照片。
月球車一號於1970年11月17日搭乘蘇聯月球17號探測器著陸月球,這是世界上第一臺月球車。之後美國也深受他們的啟發,於是從阿波羅15號計劃開始,也送上去月球車,不過只是用來代步用。
美國版月球車四個輪子,每個輪子單獨驅動,兩個座位。因為是有人駕駛,所以速度要快一些,要在短暫的時間裡行走更多的地方,時速可高達18km/h。
所以說啊,快與慢的,要看它們的作用是什麼,探測用的月球車當然要很慢,就比如拿火星上的火星車來說吧,最快的速度讓你都驚訝,每天行走最快27.5米。就怕“摔倒了”沒人扶啊,對不?
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科學船塢
為什麼玉兔月球車速度這麼慢?美國的漫遊者月球車與之相比還會跑?主要來說這兩種車的用途是不一樣,玉兔號攜帶了精密的科學探測儀器,而漫遊者號月球車是為了讓宇航員在月球上行動更方便,所以在速度要求上也會不一樣。
玉兔號探測器是我國發射的首輛月球車,它的質量在140千克,具備20度爬坡,20釐米越障能力。玉兔號配備了全景相機、紅外成像光譜儀、測月雷達以及粒子激發X射線譜儀等精密的科學探測儀器。這些精密的儀器也根本不允許玉兔號跑太快,因為月球上本來就重力比較低,玉兔號跑太快的話容易打滑。另外,月球表面也並不平坦,有坑坑窪窪,有石塊,還有一些小坡。玉兔號上的這些精密儀器也根本經不起折騰,萬一掉個什麼零件的導致儀器靈敏度下降,或者功能損失那可就得不償失了,所以說還是求穩,方便更好的完成任務。
而美國登月的月球車就不一樣,它是宇航員在月球的代步工具,因為宇航員在月球上穿著厚重宇航服,在月球低重力的情況下宇航員行走變得十分困難。所以月球車能夠擴大宇航員的活動範圍減少體力的消耗,也可以存放宇航員才月球採集的土壤樣本,所以這種月球車的速度可以達到每小時十幾公里,這比玉兔號時速200m可真的快多了。
在月球上,一切行動都比地球上困難的多,尤其是穿上厚厚的宇航服。所以,為了更方便宇航員在月球上進行任務,那麼也就需要這樣一輛代步車了。同樣玉兔號也是,坑坑窪窪的表面不利於玉兔號行駛,所以在玉兔號上有4臺全景相機,以對周圍環境和障礙物進行識別,規劃行進路線。
科學日記
美國造假唄,