为什么玉兔月球车速度慢,美国月球车与之相比会跑得更快?-悟空问答

用户2745089198084


同样是月球车,有轮子能在月球上移动,但我们的月球车“玉兔号”与美国月球车“漫游者”却是完全不同的两样东西。

别着急,且听我一一道来:

“玉兔”月球车是我们自主研制的可在月球表面自主行走的移动探测设备,是6轮全驱动月球车,长1.5米宽1米高1.1米,自重140公斤,可以承受月球极端高低温、强宇宙辐射等恶劣环境,可爬20度的斜坡、翻过20厘米的障碍。这些数据看起来并没什么大不了的,更何况“玉兔号”的速度极慢,只有200米/小时,连小宝宝的童车都能轻松超过它。

(“玉兔号”月球车)
为什么“玉兔”跑这么慢,是它根本就跑不快吗?不是。月球车之所以跑得不快,是因为它身上装着十多件精密科学仪器,它的任务并不是在月球上撒欢,而是要像科学家那样对月球表面进行各种科学探测,并将探测所得到的数据通过无线通信链路发到“嫦娥”月球着陆器,再由嫦娥回传给地球上的测控站。

我们的第一辆月球车“玉兔号”上搭载了共4台全景相机和导航相机,它可以自主判断障碍并避开障碍,还可以自主规划行进路线。它还搭载了红外成像光谱仪、激光点阵仪、粒子激发X射线谱仪、测月雷达等十多台不同功能的科学设备。月球车不仅可以通过测月雷达对下方100米厚度的月球土壤结构进行探测,还可以通过机械臂对月球土壤进行毫米级的取样、粉碎并现场分析其化学性质。

(“玉兔二号”月球车)

月球车“玉兔二号”尽管身材大小跟“玉兔号”一样,爬坡过坎的能力也并不突出,但它可以借助搭载的测月雷达、红外成像光谱仪、中性原子探测仪、低频射电天文观测设备等许多科学仪器设备对月球环境、地质和空间数据进行科学分析。

所以咱们的“玉兔”月球车与其说是一辆车,倒不如说它是一位多面手的宇航员和科学家,在环境险恶、寂静荒凉的月球上一边走一边搞科学研究,同时把研究成果分享给地球上更多的科学家团队。

说月球车,就不得不提大名鼎鼎的美国“漫游者”月球车。

我们都知道上世纪70年代初美国阿波罗计划中“阿波罗15号”、“阿波罗16号”和“阿波罗17号”分别携带了三辆月球车上月球,它们都叫“漫游者”月球车。

(“漫游者”月球车)

与肩负科学探测任务的“玉兔”月球车不同,“漫游者”号实际就像是一台电瓶车,它的作用就是作为宇航员在月球上的交通和通信工具,同时用来运送一些设备、月壤和矿石。所以“漫游者”更大更快、功能单一、结构简单、操作方便。

(月球车手册之功能分解)

“漫游者”号,展开后长3米、宽2米、高1.14米;它是可折叠的,折叠后的尺寸大约是1.5X1.5X1.1米。阿波罗工程的技术人员会在地面将月球车折叠起来,垂直固定在“阿波罗”飞船登月舱下降段的侧面,等到飞船降落月球,宇航员出舱后再把它放下来展开并安装好。这是一个比较复杂的过程,需要两名宇航员密切配合。

(地面工作人员正在往阿波罗飞船侧面安装折叠后的月球车)

(月球车部署示意图:宇航员先要解除固定装置)

(两名宇航员合力拉开月球车固定装置,放下月球车)

(下降的同时展开月球车)

(打开座椅,安装必要的设备,在经过一系列调试过程后,就可以启动月球车了)

“漫游者”月球车是由电池驱动的纯电动车,与之前苏联发射使用太阳能帆板的“月球车一号”不同,美国“漫游者”月球车携带了两块合计242安时电量的氢氧燃料电池,这种电池是将氢气、氧气和电解质的化学能直接转换成电能和水的发电装置,它的能效转换比高达80%,是一种非常高效的发电装置。原则上它的电能受限于携带的氢氧气体多少。


(氢氧燃料电池产生电能原理)

鉴于氢氧燃料电池拥有如此高的电能转换效率,所以包括阿波罗飞船、月球车,甚至其后的美国航天飞机都采用它提供电能。但由于它造价高昂,相当长一段时间里都没有走入民用。

(宇航员正在用吸尘刷扫除电池上方的月尘)

由于月球车燃料电池的工作温度在摄氏0~50度左右,所以它们被装在车前方一个有热交换装置的防尘盒子里,盒子表面带有小方格子的镜面不是太阳能板,而是反射阳光的散热器,平时这个散热器上面还有个盖子(就是画面中立起来的金色盖板),它主要起到防尘的效果,很显然阿波罗15号的月球车并不能做到完全防尘,需要宇航员时常拿刷子进行清扫以防电池过热。

(月球车手册之电池模块)

“漫游者”月球车有四个车轮,每个车轮上都装有一个独立的马达,前后轮都可以转向,它是一台不折不扣的四驱车。其实它的速度并不快,设计最高速度20公里/小时,它的电池可以驱动月球车跑50公里左右。实际上因为月球表面崎岖不平又有很多石头,所以开的并不快。阿波罗计划的三次月球车任务中,阿波罗15号月球车跑了27.9公里、16号车跑了27公里、17号车跑了35公里。

(月球车行进连拍照片)

有许多朋友对美国月球车硕大的车轮和它上面的挡泥板感兴趣,觉得他们怎么能把地面用的橡胶轮胎搬到月球上去,难道就不怕晒爆?

事实上,“漫游者”月球车的四个车轮是弹性钢丝编制的,在它的接地面安装了交错的金属片以减小压强,所以不注意看还以为是普通汽车的橡胶轮胎。

(月球车手册之钢丝轮胎的截面图和局部示意图)

之所以这样设计,主要是考虑到宇航员乘坐的舒适性,它可以在让灰尘漏下去的同时尽可能地增大与月面的接触面、加大抓地力,最大程度地减轻重量,另一方面还可以杜绝橡胶轮胎的种种弊端。

尽管月球车速度最快只有20公里/小时,但鉴于车轮的设计,它在月球上它还是会扬起很高的月尘,这些灰尘无论是落在设备上还是宇航员的宇航服上都会造成不良影响,所以设计者给月球车装上了四个橘红色的挡泥板,严格意义上说应该叫挡灰板。

“玉兔号”因为速度极慢,所以用不着挡灰板。

(月球车正在被安装到飞船上,从照片我们可以清楚地看到钢丝车轮和挡灰板)

“漫游者”月球车的机械结构比较复杂,但控制系统却相对简单,宇航员经过训练后可以熟练地操控它前进后退和转向。与别的车辆不同的是,宇航员需要时刻留意电池和马达温度的变化,根据需要采取降温措施。

(月球车控制面板,上面有指南针、速度表、温度指示和一些控制开关。下方有一个白色T形控制手柄,最下方橘红色的是腕托)

(月球车手册之方向与速度指示模块示意图)

最后做个总结:

“玉兔”号月球车与50年前美国“漫游者”存在巨大的速度差异,有以下几方面的原因:

一、“玉兔”号是科研设备载具,“漫游者”是代步工具。

二、“玉兔”号需要时间边走边探测边研究,“漫游者”以帮助宇航员最快最轻松到达目标为己任。

三、“玉兔”号是无人驾驶、自主移动,“漫游者”是由宇航员驾驶,人的反应速度要快多了。

四、“玉兔”号是个极其复杂精密的设备,“漫游者”结构简单、耐造。

五、“玉兔”号身板小轮子小,见到石头绕着走,“漫游者”跟福特轿车一般大,碾过石子不在话下,了不起翻车了扶起来便是。

两种月球车是人类科技不同阶段的产物,它们的使命作用也不相同,尺有所短寸有所长,不适合简单粗暴地放在一起比速度。

如果你有什么疑问,欢迎在评论区留言,我会尽力为你解答。

谢谢!


老粥科普


玉兔二号速度确实慢,1小时200米,而美国当年载人登月月球车时速十几公里,不过两者用途不一样,玉兔二号是月面探测器,美国登月月球车只是宇航员的代步工具。

美国当年登月的时候,宇航员的宇航服都是很笨重的,虽然在月球上,宇航员感觉上宇航服不是很重,但是宇航服的加压层、关节保护等构造,仍然使得宇航员行走比较困难,从登月视频中可以看出来宇航员就像快步小跳一样,腿都不带弯的,在月面行走的时候,也用过拐杖,即便如此宇航员还是经常摔倒,搞的灰头土脸。后来阿波罗15号之后,就带着月球车,以蓄电池为动力,作为宇航员代步工具,所以美国前几次登月行走的距离都比较近,最后两次走的远。

玉兔二号不一样啊,搭载了几种科学载荷,包括中性原子探测仪、红外光谱等仪器,为的是了解太阳风对月球的影响,了解月球地表的元素组成,了解月球地下近地表及地下深层的信息。有人的和无人的就是不一样,人的自主性很高, 即便月球车翻了,人也能把它翻过来,坏了不用就行了,可是玉兔二号不一样,它是为月面探测制造的,跑得快无法探测,加上月尘可能卡住构件,使得无法行进。

性质和用途的不一样,决定它们的行驶速度。玉兔二号要是不用管探测任务,也可以设计的速度比较高,在月球没心没肺地跑,可那有什么意义,发射遥控汽车到月球玩儿?那可一点都不好玩儿。


来看世界呀


因为中国的“玉兔”月球车严格意义上不能叫做“车”,它是个巡视器,是个能移动的月球探测器。

它携带着很多有效载荷进行科学探测,结构设计比较复杂,工作性质不允许它快走,另外它是一个无人探测器,月面地形复杂,走路时需先自主判断,一旦因走的太快翻车,将无法再爬起来,探测活动只能提早结束。所以它的设计最高时速为200米。而美国阿波罗飞船携带的月球车是个名副其实的车,是阿波罗登月飞船的宇航员的代步工具。



这是美国宇航局为了减轻宇航员的负担特别制作的,因为登月的宇航员都反映在月球上走路太累了,月球上没有空气,月面宇航服要制造出与地球上相同的大气压来保护宇航员,所以做的宇航服非常笨重,在月面上走路腿都不好打弯,根本就走不远。

阿波罗11号的宇航员奥尔德林甚至发明了在月球上蹦着走路的方法。搬个重物使个劲,心脏就呯呯乱跳,非常累。

阿波罗11到阿波罗14上并没有这个月球车,是从阿波罗15号开始的,到阿波罗17一共三辆月球车,至今还留在月球上。因为只是个代步工具,所以美国人把它设计成类似地球上的越野敞篷吉普车,

底盘低,结构简单,电力系统全部用来提供驱动力,又因为有人驾驶,也不怕翻车,翻了可以扶起来嘛。所以设计的时速比较高,时速达十几公里。


另外众所周知,2013年发射的嫦娥三号月球探测器虽然圆满完成落月任务,但其巡视器――玉兔号月球车却出了故障,不能行走了。

这是因为月面环境太复杂了,月昼和月夜温差最高达400℃,再加上月面崎岖不平,月球车经受的恶劣环境在某些方面比火星车都要厉害的多,(火星和地球很类似,有大气、有四季,自转周期也接近24小时,平均温度零下55℃,虽然比地球低一些,但昼夜温差并不大。唯一的灾害就是尘暴。)玉兔号月球车的故障原因,据专家分析认为设计上有两处不到位,一是对月球环境有认识,但认识不到位。二是对可能出现的故障处理措施不到位。所以比较科学的解释:1.由于月球车要小型化,设计上高度集成,相应部分没有备份。2.所有轮子的驱动机构的控制电路都在一块板子上,可能是月球车在行走过程中驶过一块大石头时有条导线表皮被割破,使导线与月球车支撑体短路相接导致驱动控制电路的电源短路。所以这次嫦娥四号的“玉兔二号”月球车在设计上充分考虑了这些因素,在行走过程中要求格外小心,行走速度绝对不允许快。



大家可以看出,这次月球车甚至增加了“午休”,去掉了钻探的机械臂,减少工作负荷。它有两套供电系统,一套是同位素温差发电机在月夜时为月球车提供热量,另一套太阳能电池板提供的电力,它除了提供驱动动力外,主要为月球车上安装的各种国际合作的科学仪器提供电力,因此不会用大功率能量去做移动的动力,所以想快也快不了。还有这次是着陆月球背面,巨大的月球身体阻挡了探测器与地球的直接通信,为了通信先期发射了中继星,

玉兔二号月球车自身携带通信设备,除了能与着陆器通信,还能单独与中继星通信,直接接受地球的操作指挥,所以玉兔二号是个非常精密灵敏珍贵的科学仪器设备,移动起来不能象个皮实的破车子那样快。相比之下,美国的月球车上没有科学仪器,只装载简单的通信设备能与登月器联络,高端的通信设备都安装在宇航服上,它的电力几乎全用于四轮的驱动力,动力十足,四个轮子是轮胎不是轮毂,速度自然快。


物原爱牛毛1


用途不一样,其实在无人探测器领域,我国的玉兔二号跑的并不慢。虽然时速200m,也就比蚂蚁快一点,但是起码可以运动。

无人探测器是常驻月球表面的,如果翻车了,那基本就报废了。

那为了稳妥期间,还是让无人探测器走的慢一点。前苏联的月球表面无人探测器也和我国的玉兔二号时速差不多。

而美国载人登月并不是在阿波罗11号计划中用到的,而是后几次载人登月才使用月球车。

重要原因是前几次载人登月的宇航员反馈收集土壤而做实验要走很长的路,而携带仪器,这样会消耗宇航员的体力。于是后几次登月就顺便弄个月球车,这样方便大范围采集信息。即便是翻车了,也可以让宇航员给扶正。

美国在阿波罗11号之前发射了几次无人探测器,它们的速度也不敢太快。月球车的时速差不多18公里,和自行车差不多。反正用完就扔在月球上了,是一次性产品。

而无人探测器是要保持长久工作的,如果速度很慢就意味风险很大,一旦卡住或者翻车就报废了。反正无人探测器有的是时间在月球表面,也不像宇航员急着返回地球,所以并不要求速率大小,主要还是把稳为好。


科学认识论


前不久登陆月球南极冯-卡门撞击坑的玉兔月球车,速度不快,大约在每小时200米左右。美国宇航局在阿波罗登月期间使用的月球车速度为每小时10公里左右,这是有人驾驶的月球车,当然速度要快很多。

根据嫦娥4号的任务设计,预计能够运行10公里左右,这也是一个新的里程碑。目前在地外天体上运行最远的移动装置不是阿波罗计划携带的月球车,而是机遇号火星车,达到43公里以上。当然机遇号运行了大约15年的时间,也是慢慢挪动才达到了这个距离。

阿波罗计划上的月球车形成历程大约27至35公里不等的距离,也是在登月几天内实现了。

当然如果需要可以开得更远,因为载人登月时间的问题,月球车无法运行太远,这里也是安全因素的考量。万一车坏了,登月宇航员岂不是要走回来,所以阿波罗登月舱携带的月球车没有开太远。


太空伊卡洛斯


现在月球上一共有“七辆车”,其中两辆是我国的玉兔号和玉兔二号月球车,有三辆是美国载人登月阿波罗15号、阿波罗16号、阿波罗17号飞船送到月球表面上的,还有两辆是前苏联月球17号探测器携带的月球车一号、月球21号探测器携带的月球车二号。

图:前苏联的月球车

虽然都被称为月球车但是它们的用处是不同的,我国和前苏联的月球车主要应用于科学探测、巡视、拍摄月面等等,不要求速度只要求稳定。我国的玉兔二号月球车的时速大约是200米,前苏联的月球车速度应该也是这个水平。

图:我国的玉兔号月球车

图:我国的玉兔二号月球车

而美国送到月球表面的月球车纯粹是“代步车”,没有探测任务。由于月球表面崎岖不平宇航员又身着笨重的航天服,只能在着陆点附近活动。为了探索更大的面积,美国在后三次载人登月都带上了月球车,第一个在月球上飙车的就是阿波罗15号的宇航员戴维斯和詹姆斯,这个月球车的平均时速8~9公里,美国的三辆月球车在月面上都跑了将近30公里的路程,在宇航员返回时被抛弃在月球表面。



科学黑洞


答:两者用途不一样,玉兔二号携带科学仪器进行实地考察,设计时速200米;阿波罗登月时用的月球车是载人的,时速可达十几公里。


嫦娥四号携带的玉兔二号,整体质量135kg,有太阳能和同位素温差核电池两种供电方式,设计行驶速度为200米每小时,可以说是非常慢的。

一方面考虑到我国月球实地探测刚起步,对月面的实地情况了解甚少,玉兔二号的设计速度不高也是安全起见;另外一方面,玉兔二号的任务本身对速度没有太高要求,探测月表成分,测量月表辐射剂量等等,不需要长距离的跋涉。


在美国的六次载人登月中,阿波罗11号、12号和14号都没有使用月球车,经过这三次载人登月,美国取得了月表尘土和岩石的大量样本,掌握了月表更多的详细信息。

所以在阿波罗15号、16号和17号时,分别携带了一辆可以搭乘两人的月球车,目的就是让宇航员走到更远的地方,寻找可能有价值的岩石样本。

比如阿波罗17号载人登月,宇航员施密特和塞尔南在月表停留75小时,驾驶月球车在月球表面行使了34公里,带回来110.5千克的岩石样本。


不过事实也证明,美国在阿波罗登月中,从月球表面带回来的岩石,没有取得特别重大的科学发现,月球的形成还是一个谜团。

这次嫦娥四号的着陆地点冯卡门撞击坑,是一个有着36亿年历史的陨石坑,猜测陨石坑形成时,会把月球的内部物质撞击出来,如果玉兔二号采集到了这样的样本,或许能让我们揭开月球形成之谜。


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艾伯史密斯


区别在于美国月球车是有人驾驶,而我国的玉兔一号与二号是无人驾驶,另外的一点就是,美国版月球车作用是代步用,减少宇航员工作体力,而我们的月球车是探测用、科学研究用,上面搭载着科学载荷,如果因为行走过快而发生侧倾、倾倒现象,则功亏一篑。

拿我们的玉兔二号月球车来说,时速200米,确实慢的很,为什么不设计的行走快一点呢,除了上面说的担心侧倾问题外,还有就是没有必要,只需要行走到目的地即可,没必要快。

苏联人的月球车一号与二号同样行驶的很慢,月球车一号有八个轮子,采用太阳能与备用电池供电,在月面上工作了10个月,行驶了10公里,拍回来了200多幅全景照片。

月球车一号于1970年11月17日搭乘苏联月球17号探测器着陆月球,这是世界上第一台月球车。之后美国也深受他们的启发,于是从阿波罗15号计划开始,也送上去月球车,不过只是用来代步用。

美国版月球车四个轮子,每个轮子单独驱动,两个座位。因为是有人驾驶,所以速度要快一些,要在短暂的时间里行走更多的地方,时速可高达18km/h。

所以说啊,快与慢的,要看它们的作用是什么,探测用的月球车当然要很慢,就比如拿火星上的火星车来说吧,最快的速度让你都惊讶,每天行走最快27.5米。就怕“摔倒了”没人扶啊,对不?

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科学船坞


为什么玉兔月球车速度这么慢?美国的漫游者月球车与之相比还会跑?主要来说这两种车的用途是不一样,玉兔号携带了精密的科学探测仪器,而漫游者号月球车是为了让宇航员在月球上行动更方便,所以在速度要求上也会不一样。


玉兔号探测器是我国发射的首辆月球车,它的质量在140千克,具备20度爬坡,20厘米越障能力。玉兔号配备了全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达以及粒子激发X射线谱仪等精密的科学探测仪器。这些精密的仪器也根本不允许玉兔号跑太快,因为月球上本来就重力比较低,玉兔号跑太快的话容易打滑。另外,月球表面也并不平坦,有坑坑洼洼,有石块,还有一些小坡。玉兔号上的这些精密仪器也根本经不起折腾,万一掉个什么零件的导致仪器灵敏度下降,或者功能损失那可就得不偿失了,所以说还是求稳,方便更好的完成任务。



而美国登月的月球车就不一样,它是宇航员在月球的代步工具,因为宇航员在月球上穿着厚重宇航服,在月球低重力的情况下宇航员行走变得十分困难。所以月球车能够扩大宇航员的活动范围减少体力的消耗,也可以存放宇航员才月球采集的土壤样本,所以这种月球车的速度可以达到每小时十几公里,这比玉兔号时速200m可真的快多了。

在月球上,一切行动都比地球上困难的多,尤其是穿上厚厚的宇航服。所以,为了更方便宇航员在月球上进行任务,那么也就需要这样一辆代步车了。同样玉兔号也是,坑坑洼洼的表面不利于玉兔号行驶,所以在玉兔号上有4台全景相机,以对周围环境和障碍物进行识别,规划行进路线。


科学日记


美国造假呗,


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