“兔子妹妹”一小步，“上海制造一大步

2019年01月05日 星期六

“兔子妹妹”一小步 

“上海制造”一大步

——揭秘“玉兔二号”漫步月背的上海智慧

叶薇

　　1月3日晚间，嫦娥四号着陆器与巡视器成功分离，“玉兔二号”巡视器（即月球车）顺利驶抵月背表面。“兔子妹妹”睡了漫长一觉，再次听到来自地球亲人的召唤，开始第一次加电苏醒，是时候出来活动筋骨了。不过，它担心月面散步时会不会像过沼泽地一样沉陷，会不会像冰面一样打滑，那讨厌的月尘会不会弄得满身都是……

　　来自上海航天的叔叔阿姨给了它前行的勇气——他们将“小兔子”养得壮壮的，能爬22度坡、越200毫米以上的障碍，过250毫米深坑、尤其是能适应-205℃至165℃温差，既可适应月表疏松月壤、翻越陨石坑和陡峭的高坡，还可适应月表低重力、高真空、大温差特殊环境，可以说是一个不怕苦、不怕累、不怕脏、不怕冷的“兔坚强”。

　　筛网轮比婴儿车车轮轻

　　“兔子妹妹”苏醒时还在着陆器大哥哥的背上——顶板上。它伸个懒腰，环顾四周。此时地面亲人已做好了两器解锁、分离、释放准备，着陆器为“玉兔二号”搭好了旋梯。在亲人的指导下，它先向前移动一大步1400毫米，然后100毫米、50毫米小步迈着。

　　航天设计师们贴心地为“兔子妹妹”设计了两根转移机构悬梯导轨，类似古代的吊桥。只要它能精确地将左右两边的车轮分别行驶到两根导轨上，并保持稳定，就可以安全到达月背。

　　805所移动分系统、控制驱动组件的设计师们联合攻关，经反复论证和试验，发现可从车轮的棘爪入手，使车轮棘爪与导轨悬梯上的棘齿咬合，再将编程硬件的架构设计和模块化电机驱动设计引入我国深空探测的机构控制领域，提高了控制的精度，确保车轮零转速保持，“玉兔二号”就能稳稳地停在导轨上。

　　设计师提出了筛网轮的设计构想，轮子是网状的材质搭配棘爪，车轮仅735克，比市面上婴儿车的车轮还轻，筛网轮在地面车辆上并没有应用过。上海航天研制团队凭试验数据说话，联系了国内专门研究车轮工程的单位，测试了筛网轮的挂钩牵引力、适应性、承载力等，终于让当初质疑的专家也不得不信服。

　　旋梯终于着地了，过程中又出现了近15度的大斜坡，还好设计师们早就帮它训练过。终于到月面了，“小兔子”太激动了，回头就让着陆器大哥哥帮拍个美颜照给地球的亲人报平安，然后就开始在月面自由漫步起来。

　　在月背留下第一道车辙

　　安全分离只是登陆的第一步，“玉兔二号”的行走和越障能力是更大的考验。月球表面干燥、松软的月壤承载能力较低，所以它的自重、车轮设计都必须要满足月壤的承压能力，否则就可能出现车轮打滑、下陷的问题。为了给“小兔子”减重，移动分系统也动了很多脑筋，经过前期的大量数字化仿真试验，他们大胆采用了行进驱动、转向驱动、车轮一体化设计等，最终以移动分系统自身20.5千克的重量承载了月球车135千克的重量。

　　解决了轻量化设计问题，并不意味着巡视器就能够在月背上行驶自如。“玉兔二号”除了能够前进、后退、转向、制动，还需要会越障、过坑。如果巡视器与汽车的车架结构一样，一侧被抬高，就不是倾斜那么简单了，有可能另一侧下陷至月壤中，月宫之旅就结束了。

　　805所的月球车移动分系统采用了主副摇臂差动式悬架、六轮独立驱动、四轮独立转向的构型方案，如果单侧某一车轮越过200毫米高的障碍时，月球车能在差动机构和摇臂作用下被动适应月背地形，保证月球车所有车轮均与月背接触，且越障时车体的俯仰角比一般车辆减少一半，同时，从驱动能力上保证了即使行进间某个轮子被卡住，其他独立驱动的车轮也能帮助月球车摆脱陷阱，继续工作。

　　上海航天承担了嫦娥四号着陆器、巡视器五个半分系统的研制任务，包括巡视器移动分系统、结构与机构分系统、测控数传分系统、电源分系统、综合电子分系统移动/机构控制与驱动组件、着陆器一次电源分系统。在嫦娥四号成功落月的背后，“上海制造”再次发挥重要作用。

　　本报记者 叶薇