月球车进化论
在2009年1月20日,奥巴马总统的就职典礼 上,一位机器人宇航员“引导”着一辆月球车款款走过,吸引了人们的目光。月球车在这里出现,不是偶然的。那个举目可见而又遥远的世界,40年前美国首先实 现了载人登月,如今又再度成为国际竞争的焦点,而能够让宇航员轻松工作的月球车,体现了各国的科技实力。和其他技术一样,月球车也在不断地进化中……
一、敞篷车的辉煌岁月
“飞 向宇宙,浩瀚无垠!”这是迪斯尼乐园的英雄“巴兹光年”的口头禅,这个所向披靡太空英雄不知道征服了多少青少年甚至成年人,燃起他们的太空之梦。不过“巴 兹光年”的原型——“阿波罗11号”登月舱驾驶员巴兹·奥尔德林在40年前和指令长尼尔·阿姆斯特朗一起登上月球时,可没有这么风光。由于缺少代步工具, 两位“地球来客”只能穿着84公斤的笨重宇航服在月面上蹒跚行走,虽然月面的重力只有地球的六分之一,但这款由21层面料构成的臃肿的衣服还是给他们的行 走带来很大不便,而且所携带的生命维持系统最多能够支持4个小时。于是就有了我们在历史影片中看到阿波罗计划的宇航员们在月球上可笑的行走方式:要么小心 翼翼地挪动,要么“跳跃式”前进。笨重的宇航服再加上科学考察设备和采集的月球土壤和岩石样本,这些“重担”给头几批登上月面的宇航员造成了很多困难和危 险。
看到这里,聪明的读者一定想到,宇航员们为什么不带辆汽车去月球呢。美国航天计划的“总设计师”,后来担任马歇尔航天中心主任的冯·布 劳恩也想到了这一点,早在1950年代冯·布劳恩和惠普尔等航天时代开创者在《克林周刊》(Collier’s Weekly)上发表了一系列的“科幻”文章,“畅想”了将来在月球、火星探索中所需要的种种技术(这一系列文章成为迪斯尼最早的太空探索电影所依据的脚 本),其中就包括月球车(Lunar Rovering Vehicle)。
“阿波罗计划”使用的“月球漫游车”是一款4轮车,自1969 年5月开始研制,由波音公司承包(通用汽车公司旗下的Delco公司作为次级承包商参与研制),耗资3800万美元,共制造出来4辆。这款车长3米,宽2 米,高1米,大小和今天的大众甲壳虫汽车差不多。空车重量209公斤,加上两名宇航员及设备时重量约为700公斤。。车上的通讯系统包括一架高增益的天线 用来传输图片和数据,以及一架低增益的天线用于传输声音和电视信号。给月球车提供电力的是两个36伏的电池。在驾驶座位的中间有一台手柄,理论上说两位宇 航员都可以驾驶这辆车,不过习惯上都是由指令长进行驾驶。
月球车每个轮子都有独立的四分之一马力(200瓦)的电动马达和刹车,在月面行驶 的速度为每小时10~12公里。独立马达保证即时某个轮子的驱动发生故障,月球车仍然能够进行转弯。进行冗余设计是美国宇航局的首要原则,这种设计也将月 球车的掉头半径缩小到了3米。这款月球车可以爬上25度的陡坡,最远可以开出67公里,不过为了安全起见,宇航员的活动范围不超过10公里,这样万一月球 车出了故障,他们还可以在生命维持系统失效前步行回到登月舱。月球车的首次使用是在“阿波罗15号”任务中。
阿波罗15号原本的计划是和前 几期登月相同的任务,但在1970年9月2日美国宇航局突然宣布取消了阿波罗18号及其之后的登月计划,将阿波罗15、16、17号从H类任务(即在登陆 地点附近进行有限活动)改为J类任务(在月面停留时间更长,并使用月球车等更新的装备进行更多的科学考察)。月球车的使用极大的扩大了宇航员的活动范围, 从而得到更好的科学结果。
1971年7月31日,也就是阿波罗15号登上月球的第二天,载人月球车第一次使用。指令长大卫·斯科特 (David Scott)驾驶月球车和登月舱驾驶员詹姆斯·艾尔文(James Irwin)一起前往3公里外的Elbow环形山考察并采集样本,然后再到另一处地点哈得利山考察,然后驱车返回登月舱。第二次前往哈得利山考察时,艾尔 文发现了著名的“创世纪之石”(Genesis Rock,或者叫起源石),这块斜长岩是在另一块大石头上发现的,后来的分析证实它应该是在太阳系形成初期就生成了,其年龄至少有40亿年。在离开月球之 前,斯科特在月面上做了自由落体时间,将一根羽毛和地质锤同时放开,由于月面上没有空气阻力,二者同时落地,这是四百年前伽利略已经从理论上证实的。不料 在斯科特打算弯腰捡起这根羽毛的时候,艾尔文一脚踩过,于是这根“具有重要意义的”羽毛就永久地留在月球上了。