上海玉兔 有了上海航天打造的“风火轮”，玉兔二号在月背上越障过坑“跑得欢”

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，随即在月背留下了人类探测器的第一道印迹。“玉兔二号”是如何从着陆器上走下来的？接下来，要想漫步月球背面，小玉兔还要面临哪些挑战？就这些问题，记者采访了为玉兔打造“风火轮”的上海航天技术研究院专家。

走向月背竟如此从容

矗立在着陆器顶部的“玉兔二号”展开太阳翼，伸出桅杆，向转移机构缓慢移动，而后转移机构正常解锁，在着陆器与月面之间搭起一架斜梯，“玉兔二号”沿着斜梯缓缓走向月面……北京航天飞行控制中心飞控大厅的屏幕上，记录着“玉兔二号”的一举一动。看似轻松的画面，但却牵动每一位国人的心。

“玉兔二号”月球车从嫦娥四号着陆器上缓缓走下。（国家航天局）

嫦娥四号探测器着陆月球后，为了能让“玉兔二号”月球车安全从着陆器中走下来，上海航天的设计师们可谓费劲心思。“我们为玉兔二号设计了两根转移机构悬梯导轨，类似古代的吊桥。只要“玉兔二号”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。”嫦娥四号副总指挥兼副总设计师张玉花说。

但保持稳定并非事，因为最后着陆器并不一定降落在较为平坦的月背上，一旦着陆在崎岖的高地或月尘厚度、松软度不均的地方，着陆器、巡视器倾斜，两根导轨之间就可能存在倾斜角度。就算降落在平面上，释放悬梯导轨过程中，“玉兔二号”车轮也可能滑动，万一滑落，后果不堪设想。为此，上海航天805所移动分系统、控制驱动组件的设计师们联合攻关，提高巡视器的静态稳定性。他们从车轮的棘爪入手，使车轮棘爪与导轨悬梯上的棘齿咬合，月球车就可稳稳地停在导轨上。

其实，与导轨棘齿咬合的棘爪，最初并不是为安全分离设计的，而是为了提高巡视器在松软月背上的通过能力。

月背地形地貌千奇百怪，起伏的山峦、崎岖的高地、广阔的平原，覆盖着几十厘米至几十米不等的月壤，月壤松软、干燥，呈沙土状，普通车轮很容易下陷或打滑，提高车轮的直径和宽度势必增加重量又不符合轻量化的设计要求。805所的设计师提出筛网轮的设计构想，轮子是网状的材质搭配棘爪，其一个直径300毫米宽度150毫米的车轮仅735克，比市面上婴儿车的车轮还轻。经过实战检验后，当初质疑的专家也不得不信服，纷纷感慨没想到筛网轮能有如此好的效果。”

为月背行驶自如护航

“玉兔二号”与着陆器的安全分离只是登陆月背的第一步。接下来，“玉兔二号”要想漫步月球开展巡视探测，对其行驶和越障能力将提出更大考验。嫦娥四号移动分系统主任设计师刘殿富说，月球表面干燥、松软的月壤承载能力较低，巡视器的自重、车轮设计如果不能满足月壤的承压能力，就可能出现车轮打滑、下陷问题。

地面调试“玉兔二号”。（上海航天技术研究院）

为了给巡视器减重，上海航天移动分系统设计们动了很多脑筋，经过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，以及一体成型式轮毂、中空式摇臂、差动机构等构型设计。实现了在保证释放分离过程中的承载刚度指标情况下，以移动分系统自身20.5千克的重量承载整个“玉兔二号”135千克重量的巨大突破。

解决了轻量化设计问题，并不意味着“玉兔二号”就能够在月背上行驶自如。

巡视器除了能够前进、后退、转向、制动，还需要会越障、过坑。现实中，如果汽车的一边轮胎被较高障碍物抬高，整车就会倾斜，被抬高一侧的轮胎均会离开地面。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，月背之旅也就算结束了。

为避免出现上述情况，保证“玉兔二号”的行驶和越障能力，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。通俗来说，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，继续前进。

“玉兔二号”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。（上海航天技术研究院）

伴随太阳升降规律作息

专家表示，“玉兔二号”还要面对月球表面昼夜温差变化大、低重力环境以及细小微尘的污染等问题。

特别是，月球重力仅为地球1/6，这将考验“玉兔二号”的移动速度、距离以及越障等能力。并且，要结合月面散落的陨石和撞击坑的状态，使其具有一定的障碍识别和自主避障能力，保证它的通过性、机动性以及地形适应性。

一个月夜/月昼相当于地球上的14天，在没有光照的漫长黑夜里，对于依靠太阳能提供能量的嫦娥四号着陆器和“玉兔二号”来说，如何依靠自身存储的能量安全度过月夜将是一个很大的挑战。更要命的是，要面临月昼和月夜的极端温差，月夜最低温度可达零下180度。

面对这一难题，研制人员提出了休眠唤醒的概念。当太阳缓慢地升起时，着陆器和巡视器将开始忙碌的14天工作——着陆器在原地实施科学探测；“玉兔二号”则漫步月背巡视探测。当月夜降临时，会为自己找好栖身之所，收起桅杆，合上太阳翼，开始休眠。一直到太阳照射到月球车太阳翼的电池片上，沉睡的“玉兔二号”和着陆器将被唤醒，开启又一次勘测。

嫦娥四号探测器巡视器（左）、着陆器（右）、中继星“鹊桥”（上）示意图。

值得关注的是，这次嫦娥四号着陆器上安装了地形地貌相机、降落相机、低频射电频谱仪、与德国合作的月表中子及辐射剂量探测仪等4台载荷；“玉兔二号”上安装了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪和与瑞典合作的中性原子探测仪。接下来的一段日子里，这些仪器将在月背通过就位和巡视探测，开展低频射电天文观测与研究，巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构研究，并试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境研究。

科研人员为了更够让“玉兔二号”在月背走得更稳、更远、更广，设计团队专门为它定义了感知、移动、探测、充电、安全、月昼转月夜、休眠、月夜转月昼七种工作模式，轻松应对不同工作环境、适应不同工作状态。