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发信人: dxmxqe (孩子), 信区: Aero
标  题: 过去和未来的行星车
发信站: 哈工大紫丁香 (Thu May 19 19:16:14 2005), 站内

    最早的外星球探测，只是发射一些探测器，这些探测器发射出去之后，往往无
法控制，于是，它们只能跟需要探测的星球擦身而过，与此同时拍几张照片发回地
球。后来，探测器的行为受到控制，科学家可以让它们进入到需探测的星球的轨道
，它们在围绕着星球飞行的过程中，居高临下对星球表面拍摄一些照片，这种方式
获得的信息十分有限。为了进一步获得更有价值的信息，科学家发明了登陆星球装
置，这个装置上安装了一系列探测火星的设备，底部有轮子，所以又叫行星车。这
种星球探测车最早出现在月球探测中，所以又往往称之为月球车。

　　最早的月球车

　　1970年11月17日，航天史上的第一辆月球车搭载前苏联“月球”17号探测器登
陆月球。这是一款无人驾驶型月球车，长2.2米，宽1.6米，重756公斤，由轮式底
盘和仪器舱组成，用太阳能电池板和蓄电池联合供电， 这就是“月球车一号”。
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。“月球车1号”总共行驶了10540米，考察了8万平方米范围的月面，拍摄
照片超过2万张，在行车线的500个点上对月壤进行了物理力学特性分析，并对25个
点的月壤进行了化学分析。此外，它还收集了大量月面辐射数据。

　　它的寿命达到了十个月，直到它所携带的核能耗尽为止。这比原计划的90天长
了许多。“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。

　　最早的火星车

　　月球车的这种探测技术给未来的火星探测者们很大的启发，所以后来的火星探
测也使用了这种星球探测车。1996年，俄罗斯准备发射“火星96”探测器，这个探
测器十分引人注目，其原因是它携带了一个火星车，这是在火星探测历史上，首次
出现的火星车。火星车那宽大的轮子外侧像一个圆柱体，内侧却像一个圆锥体，这
使它可以在沙地行走而不下陷。这种火星车有六个轮子，分别安装在三个轴上，每
根轴上有两个轮子和一台独立的驱动发动机，各个轴之间都有平衡支架相连，这种
平衡支架可以绕中轴转动，使得每对轮子都可以相对于其他轮子自由转动。

　　“火星96”漫游车碰到一般的石头，轮子可以自动抬起；遇到无法越过的障碍
物，还会绕道而行；遇到陡峭的悬崖前轮会下滑，制动装置能够根据前轮与其他轮
子的相互位置发出停车信号，然后掉转方向。火星车的工作能量来自于放射性同位
素热电发电机，它不仅用来保证与地球指挥中心的无线电联系，而且还要保障有关
仪器在夜间的供暖需要。

　　1996年11月16日夜，“火星96”探测器顺利升空，但是它的第四级助推火箭只
喷射了20秒种就停止了。两小时后，它与地面的联系中断，一切努力都不能挽回这
次发射的失败，“火星96”在一片惋惜声中坠毁在澳大利亚，第一个火星车也随着
探测器一起灰飞烟灭。

　　第一个真正意义上的火星车却是美国人制造的，这就是美国的“索杰纳”，它
被“火星探路者”带到了火星。着陆前10秒种，飞船上面的数十个气囊一齐膨胀起
来，距离地面30米时，减速火箭点火，着陆器进一步减速。这些气囊在地面弹跳十
几下后，终于降落在阿瑞斯平原。气囊袋散气后，三块近似三角形的面板沿着着陆
器边缘缓缓打开，此刻，对于这个火星车来说，要想走出着陆器，还是十分的困难
，着陆器基座边缘有斜板，“索杰纳”本来可以沿着斜板行驶到火星陆地，但是斜
板被未排净气体的气囊袋挡住，致使“索杰纳”被困在着陆器上。这时，地球上的
指挥中心对装置发出一系列指令，气囊袋才完全排除气体，“索杰纳”终于踏上火
星表面。

　　“索杰纳”如同一台微波炉，重量为10公斤。上层是太阳能电池板，供给所需
的能量。它的主要使命是分析火星岩石和土壤的化学组成，它携带着一台阿尔法－
质子－X射线光谱仪，其中含有放射性元素，可用阿尔法粒子和质子轰击目标，从
而得知目标的化学元素组成。其前部有两台黑白照相机，后部有一台彩色照相机。


　　“索杰纳”可以把拍摄到的照片转化成电信号，但它还不能直接把这些信号传
递给地球，它需要把信号传递给与它一同来到火星表面的着陆器上，再由着陆器传
回地面控制中心。它本身的各种动作也是由地球人员控制，两者之间信号传递单程
有11分钟的滞后，当火星上的阿瑞斯平原转到另一面时，二者就无法通讯。火星车
发回地面许多珍贵照片，虽然“索杰纳”的活动范围只有500米，但是，它是第一
个真正降落在火星上的火星车。

　　勇气号”和“机遇号”双兄弟

　　在探测火星的历史上，第二次来到火星的火星车却是一对双兄弟。2004年1月
3日，这一天，美国国家航空航天局的“勇气号”火星车成功登陆火星，开始了探
测红色星球的征程。1月24日，“机遇号”也成功着陆这个红色的星球，它们能够
铲起泥土，开凿岩石并检查样本，不断向地面控制人员发回火星岩石、土壤和大气
的信息并拍摄大量图片。这两辆无人驾驶的火星车把得到的数据发回地球后，由位
于加州帕萨迪纳的喷气推进实验室的科学家进行分析。

　　“勇气号”和“机遇号”不仅拍摄了大量火星的立体图片和彩色全景图，还发
回了许多重要的科学数据，最关键的是，它们都发现了火星上曾存在液态水并支持
生命存在的证据。在漫步火星的日子里，它们经受住了火星漫天沙尘的冬季，经受
住了考验。一年半的时间就要过去了，但是“勇气号”和“机遇号”的工作状态都
还相当不错，直到今天，这对火星车依然在完好的工作着。它们两个是外星球探测
历史上最成功的一次探测，可以肯定地说，对于一次着陆的火星探测行为，它的成
功与否，完全依赖于探测车性能的好坏。


　　下一代的行星探测车

　　下一代的火星车已经出现了，它是2009年火星探测的主角，与往常不同的是，
这个火星车的个头很大。因为未来的火星车所肩负的任务比今天要多得多。这个火
星车名字叫做“火星科学实验室”。“勇气号”和“机遇号”探测器的重量大约是
180公斤，而“火星科学实验室”的总重量则可达到900公斤。不仅重量比它们大了
5倍，而且有效负载将是它们的10倍。“火星科学实验室”的设计寿命也大大超过
原来的火星车，它的设计寿命为两个火星年。既然个头很大，它的轮子也很大，它
可以比较容易地操控自己在火星上漫游，同时漫游的距离也更远，几乎可以在所有
的火星地形中行动。

　　这个火星车最大的特点就是它不再使用气囊着陆，而是通过一种巨型起重机着
陆，空中起重机有两个“悬臂支架”。每个“悬臂支架”安装一套重700磅的喷气
火箭发动机。当着陆器进入到火星大气层之后，首先打开降落伞，着陆器火箭开始
逆向喷射，使得起重机缓慢下降。通过降低发动机推动力，巨型起重机就会缓缓地
落向火星表面。在电子导航设备的引导下，“火星科学实验室”就可以开到科学家
感兴趣的地方工作了。它那高大的轮子可以使它拥有很快的速度，不再像现有的火
星车那样行动迟缓。

　　蝎子行星车

　　在研制火星车的时候，人们最关心的是它对地形的适应性如何，宽大的轮子虽
然可以在松软的土地上行驶，但是，在地形更加复杂的地方，它就会显得力不从心
，它要是不慎掉到了一个坑里，可能很久也爬不出来，或者摔倒。那样它可能会永
远也无法工作了。节肢动物的特性给了科学家很大的启发，于是，一种蝎子机器人
应运而生。既然没有轮子，也就不能再称之为车了，但是，它跟一般的行星探测车
起到的作用基本一致。它有八条腿，这让它可以在几乎所有的地形中行动，尤其是
在一些山崖上，行星车对那样的地形是无能为力的，但是，这种蝎子就可以大显身
手，它能够轻松地到达这样的区域，观察那里的地貌情况，并且获取所需的标本。
它可以执行很多复杂的任务，在地球上，也可以大显身手，比如利用其进行探矿或
者在碎石头堆里寻找地震的幸存者等，所以，它的利用前景非常广泛。

　　但是，这种灵活性必然要付出其他的代价，比如，它的体型不大，携带的电池
有限，而且也不能使用太阳能光板。当电池将要耗尽的时候，它必须返回去充电。


　　师从自然的行星车

　　工程师们发明了很多有用的东西，但是，当一种新发明出现在大家眼前的时候
，人们往往意识到，人类并不聪明，大自然早在几万年前，就已经制造出来了这种
机械。于是，人们开始了向大自然学习，中国的月球车模型中就出现了这种设计思
想，样子类似于一种叫做“车前草”的植物。这种车前草机器人样子实在有点怪，
它有四组轮子，这四组轮子也是它最大的特色，因为它们可以保证探测车在原地随
意转弯，不需要有拐弯的空间。它的车身也很特别，类似于三片树叶，这使它不会
轻易跌倒。在树叶状的中心，伸展出来一根高高的桅杆，看起来真像是车前草植物
伸出的花蕊。但是，这却是一个智能头，是负责通讯使用的无线电接受天线。它还
有六只眼睛，那是各种功能的摄像头。

　　在美国宇航局的火星车设计理念中，也出现了一种叫做“风滚草”的火星车。
“风滚草”就像一个圆球。它的内部，装载着多种天文探测仪器。在火星上约每秒
20米的风力吹动下，这个直径6米的探测器能够以每秒10米的速度前进，当风向改
变的时候，它会暂时停止移动，释放出一部分气体；当它准备重新启动时，气球又
会重新充气，然后再向前滚动。在沙漠里的实验证明，它可以翻越高度为1.5米的
障碍物，在25度的陡坡上也可以前进。这种“风滚草”是行星探测车家族的成员之
一。所有的外星探测车都是一种机器人，它们需要自己携带能量，或者用太阳能，
“索杰纳”只能在附近几百米的地方徘徊，即使是最新的火星车，也只能在200公
里内的范围内活动，远远谈不上漫游。但是“风滚草”就彻底解决了这个问题，它
的探测范围可以覆盖整个星球表面。

　　虽然“风滚草”这个方案设计新颖，也有种种好处，但它随风而走，运行路线
完全要听从风的摆布，无法控制方向是它的最大弱点；同时，如何把探测仪器安装
在它的上面也是一个难题，即使把仪器安装好了，它不停翻滚拍出来的镜头也一定
是天旋地转，不经处理没法看，因此它还没有真正派上用场。

　　机器组群

　　在2004年的年初，欧空局也派出了自己的火星探测器，这个探测器携带着一个
叫做“小猎犬1号”的机器人，但是，这个机器人却在着陆的过程中失踪了，这给
一种新的理论提供了很好的理由，于是，人们开始设想有一种外星探测车，具体地
说，它不是一辆车，而是一个自动探测集群，它们相互之间可以交流通信协调工作
。这种“机器人舰队”并没有中央指令系统，却能自如地在各种地形上整体推进，
他们既可以共同完成一个任务，又可以分开来分别执行不同的工作，即使是一个毁
坏了，其他成员还可以执行任务。不论是外星探测，还是地球上的勘探，这种设计
思想渐渐占据了重要地位。目前，中国正在研制的月球车就出现了这种设计理念。


　　中科院沈阳自动化研究所研制出了一种月球车，其实它们是一组机器人，它的
学名叫“可重构星球探测机器人”，这是由好几个部件组成的，这些部件既可以独
立运动、跨越障碍，还能“站起来”抓取物品，完成搬运、采样、测绘等作业。最
关键的，这几个机器人能变形，就像是动画片中的变形金刚那样，收到指令后组合
在一起，就成了“轮子”。在未来的星球车中，它们的角色是子机器人，在与主机
器人会合后，它们的机械手能牢牢地抓住主机器人，互相组合成为一辆星球探测车
。 

　　未来的行星探测车应该有通用性，它不仅仅只适合于火星，也不仅仅只适合月
球。新一代行星探测车应该能够为人们找到登陆的最佳地点，并且把科学仪器放置
到指定的地点，它们还必须要有较高的局部自主能力，包括局部导航，调整自己的
资源配备等能力。实际上，每一个行星探测车都相当于一个机器人。

　　随着“机遇号”和“勇气号”在火星上创造出来的奇迹，随着新一轮月球探测
热的掀起，可以预言的是，新一轮的外星探测车的研制也将会越来越热，在这个研
制的浪潮中，科学家们会利用各种不同的设计理念，制造出来各种新型探测车，让
它们在各个自然条件不同的星球上工作。外星探测车的研制历史，不仅是一部机器
人研制的历史，也是一部航天技术发展的历史。（戴铭珏）

发布日期：2005-05-16 

http://www.cnsa.gov.cn/


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