月亮之上的马拉松

□ 国家天文台 付晓辉 朱永超

月亮之上的马拉松

□ 国家天文台 付晓辉 朱永超

北京时间2013年12月15日4时35分，嫦娥三号着陆器和巡视器成功实现分离。玉兔号月球车从着陆器转移机构上缓缓驶下，开始了在月球上的征程。月球与行星探测任务的探测方式主要包括三种：飞掠和环绕探测、着陆和巡视探测、采样返回。我国的嫦娥一号和二号任务即为环绕月球探测的卫星，而嫦娥三号则将开展实现月表着陆和巡视探测。巡视器可携仪器代替人类承担科学考察、设备安装等任务，能对天体表面物质近距离分析。但相比环绕探测，其技术难度更大，目前仅在月球和火星这两颗距离我们最近的天体上成功实施。

如果将着陆在月球的有轮巡视器称为月球车、登陆火星的称为火星车的话，截至今天人类已经成功将7辆月球车和4辆火星车送达目的地。这7辆月球车包括，前苏联月球17号（Luna17）和月球21号（Luna21）任务中的月球车，美国阿波罗（Apollo）15号、16号、17号任务中的月面车（Lunar Roving Vehicle），我国刚刚发射的嫦娥三号，以及搭载的玉兔号；4辆火星车包括火星旅居者号（Sojourner）、勇气号（Spirit）、机遇号（Opportunity）和好奇号火星科学实验室（Curiosity）。这些月球车、火星车为了完成科学使命勇往直前，在极端环境下演绎了一场场精彩的太空马拉松。

前苏联曾经成功发射过两辆月球车——月球车（Lunokhod）1号和2号。它们分别是通过月球17号和月球21号任务携带到月球的，其原定主要任务是通过远程控制的无人巡视器，对前苏联载人登月的预选着陆区进行勘查和探测。月球车1号在1970年11月17日着陆于月球雨海地区，它是人类首个送达地外天体的巡视器。在11个月的时间里，它行进了10.5千米，传回两万多幅电视图片和超过200幅全景照片。之后的月球车2号着陆在月球勒莫尼耶撞击坑（Le Monnier Crater）附近，共运行4个多月，发回86张月面全景照片和8万多张月球21号着陆区的电视图像。月球车2号是月球探测历史上的一段传奇，因为它不经意间创造了地外天体上有轮车最长距离行驶记录。俄罗斯科学家亚历山大·巴西列夫斯基（Alexander Basilevsky）曾参与苏联月球车1号和月球车2号的运控工作。作为地质学家，巴西列夫斯基一直向该项目负责人请求将月球车停下来，花些时间拍摄月表物质的高分辨率图像，而不是一味埋头向前跑。但是这些负责人并不理会他的提议，而是让月球车2号就这么继续“圈地”。根据该巡视器上行驶距离测量的轮轨记录显示，月球车2号一共行驶了37千米。

与月球车1号和2号不同，阿波罗任务中的月面车是有人驾驶的，设计目的是为了辅助宇航员在月表的勘察和采样活动，存放和运输所采集的岩石月壤标本。借助月面车，宇航员可以有效扩大活动范围，并减少体力消耗。月面车自身重量为220千克，设计月面承重490千克。它由蓄电池供电，每个轮子各由一台电动机驱动，轮胎在零下100摄氏度的低温下仍然可以保持弹性。这种月面车在阿波罗15、16和17号任务中均有使用。其设计最高时速13千米/小时，但据阿波罗17号宇航员尤金·塞尔南回忆，他驾驶的最快速度达到了18千米/小时。如果是真的，他可是已经创下了月球上的最高时速驾驶记录。在阿波罗任务结束后，这些月面车就永久地留在了月球上。美国在2009年发射了月球勘测轨道飞行器（Lunar Reconnaissance Orbiter，LRO），从卫星获取的高清月表图像中仍然可以看到那落寞的身影。

如果说月球车马拉松是由美国、前苏联和中国三分天下，那火星车比赛则是美国一家独大。截至目前，仅美国成功将火星车送往火星表面开展巡视探测。火星探路者任务中的旅居者号是人类送往火星的第一部火星车。它个头很小——仅微波炉那么大，携带的仪器也很简单，设计寿命仅为7个火星日，但这个不屈的小人物成功坚持了83个火星日，一共行驶了约100米，发回了550多张图像，最终在1997年9月27日与地球失去了联系。

在旅居者号之后，美国宇航局（NASA）于2003年6月10日和7月7日分别发射了两个火星车，它们是孪生兄弟勇气号和机遇号。它们比旅居者号体积更大、更灵活、装备更丰富。其原设计寿命为90个火星日，但实际上考察时间大大延长。随着在火星表面的跋涉，太阳能电池板上附着的沙尘增多，严重影响了火星车能量的获取。勇气号在2009年5月份陷入软沙中，多次拯救失败后，由巡视器转为静止探测平台。2011年3月22日，勇气号与地球最后一次联络。然而，机遇号截至目前仍坚守使命，依然奔跑在奋进撞击坑（Endeavour Crater）的附近。有趣的是，机遇号自从2004年1月份着陆以来的里程数已累积35.76千米（11月26日已达38.70千米），已超越阿波罗17号宇航员尤金·塞尔南和哈里森·施密特驾驶月面车创造的35.77千米的好成绩，而且超过月球车2号37千米的记录也指日可待。不过，行星测绘专家伊琳娜（Irina Karachevtseva）、莫斯科大学大地测量学和地图学专业的研究人员们（The MIIGAiKteam），利用LRO传回的月球车2号的车印图，重新计算了它的行驶轨迹，发现它跑的要比37千米还远，确定累积里程的精确结果为42.1~42.2千米。这样的话，机遇号要夺得冠军头衔还需要一段时间。

NASA于2011年11月26日发射的好奇号火星科学实验室是最受关注的火星探测任务。好奇号装备精良，共搭载了桅杆相机、化学与矿物学分析仪等10台先进的分析设备。与前面两代火星车等不同，好奇号的电力由放射性同位素产生。这就避免了勇气号和机遇号因沙尘覆盖太阳能电池板而导致能量不足的问题。另外，好奇号还配备两块可充电锂电池，可在每个火星日多次充电。截至目前，它依然奔走在火星盖尔撞击坑（GaleCrater）内。尽管它目前的行走距离与冠军纪录有很大的差距，但由于它“天赋异禀”，有理由相信它会在未来创下新的太空马拉松纪录。

美国LRO高分辨率相机拍摄的前苏联月球车2号行驶轨迹。月球车2号是前苏联研制的无人月球车，高1.35米，长1.7米，宽1.6米。它以八个相互独立的电动车轮驱动，车体能源来自于太阳能电池，车上携带的钋210放射性元素在夜晚为车体供热。（图片来源：NASA/ Goddard Space Flight Center/ Arizona State University/Moscow State University）

很高兴中国的代表——玉兔号也加入了这场太空马拉松的比赛。玉兔号以太阳能为能源，具备20°爬坡、20厘米越障能力，最大速度是每小时200米，设计寿命3个月。为了保证顺利度过漫漫月夜，玉兔号也装备了提供热量的核电池。玉兔号着陆区点位于雨海地区（44.1260°N， 19.5014°W），该区域大面积分布的是月海玄武岩，整体地形较为平坦。预祝玉兔号在月亮之上跑出不错的成绩！