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玉兔号是飙车飙坏的?怎么可能

2024年07月17日10:27 | 来源:人民网-科普中国
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流言

“玉兔号因飙车损坏?”

网上有传闻说玉兔号操作员因过于兴奋,操纵玉兔号飙车,结果导致其出现故障。

流言分析

这是对专家讲话的误读。

实际上由于玉兔号的性能还有操作规范所限,不可能出现所谓“飙车损坏”的情况。

不久前,一则消息在网上流传,称玉兔号因飙车损坏,其实这是一种误解。

先说结论:实际上,这种说法是误读夸大,因为一方面月球车真的飙不起来,另一方面操作员也绝不可能这么随意。

飙车?就这速度能飙车?

玉兔号其实可以视为一种高科技的“遥控车”,不过,它可不像我们在小区广场上看到的那种一路狂奔,时速高达几十千米每小时的遥控车。玉兔号的每次移动,都需要仔细观察周围环境,报告给地球上的指挥人员,然后才能挪动一小步,之后再继续观察周边,确定下一步的移动计划,如此周而复始,走的时候少,停的时候多。

图片来源:国家航天局

图片来源:国家航天局

为什么会有这种差别呢?小区的遥控车跑得快,其实是占了距离短的便宜。假如把它放到38万公里外的月球,而车主和遥控器留在地球上,那它也飙不动了。

因为电磁波信号的传输需要时间,车主看到的任何情景,都是1.26秒前的过时信息,而他的指令发回到车那里,又要1.26秒后才能执行。这时,车主会情不自禁地慢下来,为自己和爱车各自留足反应时间。

更何况,玉兔号可不是辆普通的“遥控车”,而是个身负重任的 “宝贝疙瘩”,它重达136千克的身体里装了一大堆价值不菲的科学设备,本身就是个移动科考站,每走一步就要停下来探测一番,这就更“飙”不起来了。

从2013年12月15日登月到2014年1月25日报告故障的这41天里,玉兔号总共睡了20天。而在走走停停的其余21天里,它的行驶路线是这样的:

玉兔号的行驶轨迹(图片来源:张金海、杨蔚、胡森等)

玉兔号的行驶轨迹(图片来源:张金海、杨蔚、胡森等)

在这幅图中,A和B是两个撞击坑,红五星是嫦娥三号着陆点,蓝点是玉兔号行驶过的位置,白色数字标记“第几个月昼、第几个点”,例如107的意思就是第一个月昼的第七个点。

尽管图上有比例尺,由于缺乏熟悉的参照物,我们还是不太容易感受它的实际大小。所以我们再找个地球上的图片,把这条轨迹等比例叠加到上面:

玉兔号的行驶轨迹与十字路口(图片来源:作者)

玉兔号的行驶轨迹与十字路口(图片来源:作者)

可以看出,花了21天,玉兔号相当于在城市里的一个十字路口转了转。它的全部行驶路程只有114.8米,平均下来每小时挪23厘米,按平均速度来说,都别说车了,刚会爬的小宝宝速度都比这个快。

而且玉兔2号本身的设计速度也只有200米/小时,算下来可以说大约比“秒速5厘米”快上那么一点点,而一些大型陆龟的速度可达约2000米/小时。所以,光从速度上来说,“飙车”实在无从谈起,再说玉兔号肩负的是探索任务,而不是为了月面竞速。

“飙车”的说法到底怎么来的?

我们再来看看张玉花教授的原话。

她在2020年12月19日《上海科普大讲坛》上,作完《揭秘嫦娥五号背后的故事》的科普讲座后,与主持人聊起玉兔号时,是这么说的:

……(玉兔号)又工作了一段时间,快要到第二个月昼的一段时间的时候,突然发现有问题了。后来我们经过分析和验证,发现两个方面。

一个方面,就是我们对月面的温度想象得没那么高,实际上,就是说我们有一段电缆,这个电缆绑线,想绑在这一个半圈的上头,但是,我们在地球上二十几度三十几度都没问题,但是在月球上白天一照,可能就是110度、120度,电缆就会变软和变长,这时候它的绝缘皮就可能比较薄弱。

第二个就是我们当时在复盘,我们分析,当时那帮操作人员太勇猛,就是说只往前走,不会倒,就觉得没问题,我们就磕在了——钩在了一个石头上,把这个电缆给拉出来了,拉出来以后,再经过几次走,就在0.7毫米厚的这个壁上,可能电缆表皮就破了,破了它就短路了,短路了电就供不上了。

从张玉花教授的这段话中可以读出,“猛”指的是进度猛(一直往前开,不倒车),不是说车速。而且,电缆因受热下垂钩在石头上,电缆被钩住,只要一直往前走,就会把电缆拖出来,并不需要车速很高。

破案了,但月面的“杀手”可能不止一个

张玉花教授介绍的玉兔号故障原因,是根据玉兔号传回的环境温度,在地面反复试验、复现验证之后的推测。实际上,月面环境错综复杂,还存在许多潜在的天然“杀手”。

例如玉兔号报障后,最初的猜想(现在也不能完全排除)就是携带静电的月尘飘进机械结构或者破坏了控制电路。由于月尘棱角锋利又到处沾染,它的破坏力非常大,探月设备都不敢掉以轻心。

嫦娥三号在落月后一天,等月尘沉降下来,才打开月基天文望远镜的舱盖与极紫外相机的外罩。另外月球表面重力只有地球的六分之一,低重力导致摩擦力降低,可能使车轮打滑,扬起月尘或引发机械故障。

昼夜乃至阴阳面的温差也是个潜在威胁。玉兔号驶上月面并完成两器互拍后,并没有立即开展工作,而是小睡了四天。原因就是车子的向阳面可达110℃以上,而背阴面则只有-10℃,月球车必须慎之又慎。由于月球温度极端,嫦娥三号的地形地貌相机设计为只工作一个月昼,而在第二个月昼到来时也确实停止了工作。

由于缺乏大气和磁场保护,微陨石和太阳粒子都能直抵月面。微陨石正好击中玉兔号的几率确实微乎其微,可2013-2014年却是太阳疯狂输出的高峰期,太阳粒子穿透保护装备破坏电路器件,并非全无可能。

2014年1月初,巨大的太阳黑子AR1944(图片来源:作者)

2014年1月初,巨大的太阳黑子AR1944(图片来源:作者)

总结一下,航天工程项目都是如履薄冰谨慎再谨慎。发现问题后,会反复试验举一反三,作出修改方案。月球乃至太空探测存在着种种风险和意外,但中国航天的科学设备一代比一代强,操作人员一届比一届稳,请大家给予充分的信任。意外是有可能发生的,但飙车那当然是不可能飙的。

作者:通信技术工程师曲炯 

审核:中国科学院国家空间科学中心研究员刘勇 

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(责编:孟佳怡(实习生)、吴昊)

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