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人类以及探测器登月(我国首次实现月球表面软着陆探测器)

  2030年前,我国将实现载人登月,这不是一句空话,相关的配套系统早已在研制中了,比如新一代载人登月火箭、新一代载人登月飞船等等。而我们中国人要想成功站在月球上,并安全返回地球,除了火箭和飞船之外,还要登月器和上升器。最近,其中一个方案的实物“骨架”图片曝光了,真是让人大开眼界。

  厉害了,骨架都造出来了

  从画面上看到,这个着陆器突破了传统的固定式设计,采用缓冲/行走一体化腿足式结构,在悬臂式构型的基础上,融合缓冲吸能和主动驱动的功能,使其能够在吸收巨大冲击载荷的同时,实现灵活的月表漫游。其中的关键就是4条3自由度的机械腿,可实现月面行进和障碍攀爬。

  这个方案是四腿设计的

  它的本体主要由主承力结构子系统、构型转换子系统、吸能/驱动集成式腿足子系统和运动控制子系统等部分组成。构型转换子系统用于实现可移动着陆器着陆姿态与行走姿态的切换,以及收拢状态与展开状态的切换,以吸能/驱动集成式腿足子系统用于实现软着陆和星表移动。

  已经做了很多研究

  不过,为实现可移动着陆器在非确知、非结构性月表环境下的灵活漫游,登陆器需要进行步态设计。步态设计可分为动态步态和静态步态,目前选择的是静态Walk步态,移动速度虽然慢,但惯性力的影响微弱,可以确定登陆平台的安全性和稳定性。

  四腿登月器不同的移动状态

  而要想登陆器在月面移动,需要强大的能源,预计将采用“核动力”,也就是放射性同位素电池。根据统计,四腿设计方案的单个步态周期中,着陆器瞬时最大功率为600 W,平均负载功率为89.83 W。目前深空探测任务中,小天体探测器采用太阳能电池阵与蓄电池组合的方法,输出功率可达数百瓦甚至数千瓦,星表着陆器则采用放射性同位素电池,输出功率可达300 W,因此,着陆器功耗满足一般航天器供电要求。

  用“核动力”

  其实,除了四腿方案之外,我国还设计了六腿方案、轮式货运着陆器和轮腿合一的方案,均可实现在星表移动并承担人员居住、增压和试验任务。我们的载人登月,肯定不是“阿波罗”式的到此一游,打打卡捡几块石头就回去了,而是着眼于长期在月面表面居住,所以这招移动式着陆器,显得更加重要了。

  轮腿合一结构

  轮式结构的载人月面移动实验室

  为配套长期有人居住,我们肯定要打造月球基地。目前已经确定的是载人月面移动实验室,以及中俄联合建设月面国际科研站,早期可以无人值守,自动运行,中后期则可容纳多名宇航员进行驻扎。另外,还有一个非常重要的节点,是建设月球轨道空间站,有说法称直接将“天和”、“问天”、“梦天”的地面备份舱升级,发射到月球轨道上去,不知是否可行。

  中俄联合建设的月面国际科研站

  其实,无论是火箭、飞船、还是着陆器、上升器,相比可移动能力,更重要的是重复使用能力,将来的载人登月应该是一件频繁的事情,如果每次都使用一次性的火箭、飞船、着陆器和上升器,成本太高,不利于地月经济圈的形成。而可重复使用航天器可以大幅降低成本,事实上,我们就是这样设计的。

  加油,中国航天

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