月面巡视探测器

月面巡视探测器俗称月球车，它与在地球上运动的一般工具不同。首先它要适应月表的地形条件、恶劣热环境条件、辐射环境条件等，保证正常工作。其次它要自行提供各系统工作所需的能源，可利用化学电源、太阳能或其他能源。第三它必须自主导航、自主避障，保证在月表上不翻倒、不受阻。第四它必须可以携带一定的科学探测仪器，并为这些仪器提供必要的工作条件。最后，它必须具备对探测数据进行管理、存储和发送回地球的能力。

巡视器一般包括6个子系统，分别是驱动机构与结构子系统、导航与控制子系统、综合电子子系统、电源子系统、热控子系统以及有效载荷子系统。区别于一般的航天器，它的主要特点体现在行走方式和控制方式上。

行进方式

月表的地形地貌及其月壤的机械特性等对月面巡视探测器的移动系统提出了一定的要求，具体体现在：移动系统的机械传动装置能够适应月球表面松散的土壤环境；具有一定的越障能力，能够越过一定高度的障碍物并保持平稳。

月面巡视探测器在考虑移动系统时，主要围绕履带式、腿式和轮式开展，这三类移动型式的特点和研制情况比较见表6-1。

苏联当初在设计月面巡视探测器时曾考虑过使用履带式方案，但由于履带式移动机构的防尘密封难度大，更为严重的是在月壤中运行时，履带会被磨损甚至卡死；加之沉重的履带和繁多的轮体使得整体机构笨重，消耗的功率也相对较大，因此基本放弃履带式移动方案。在穿过松软沙地时，与轮式移动机构相比，腿式移动机构的效率较低、稳定性差，并且在复杂地面上的运动控制较为复杂，因此，随着研究人员对轮式移动机构研究的逐步深入，在月表环境下已经很难再找到开发腿式移动机构的方案了。

表6-1　主要移动类型比较

轮式移动机构具有运动速度快、传动效率高、结构紧凑的特点，因而受到众多机器人研究专家的重视。近几年出现了各种各样可适应复杂地形的底盘与悬架系统，已使轮式移动系统成为巡视探测器移动系统的主流形式。日本的六轮柔性底盘巡视探测实验车LRTV，美国喷气推进实验室的六轮摇臂悬挂式巡视探测器“罗基”（Rocky）系列以及卡内基-梅隆大学的六轮三体柔性机器人车“罗比”（Rob鄄by），俄罗斯的六轮三体柔性底盘巡视探测器“火星车”（Марсоход），均采用轮式移动机构。

轮式移动机构按照车轮的数量可分为单轮、三轮、四轮、五轮、六轮、八轮等移动机构，其中已在或拟在探测器上使用的主要集中于四轮方案、六轮摇臂方案和八轮摇臂方案。四轮机构具有结构紧凑、耗能低、负载能力大、重心低、姿态调整方便等优点；缺点是车体的稳定性较差，爬坡和越障能力不强。运动稳定性、爬坡和越障能力，是在进行月面移动机构方案选择时必须突出考虑的问题，四轮方案这些能力比六轮和八轮方案相对较差，因而月面巡视探测器基本不适合采用此种移动机构。六轮方案和八轮方案在运动原理上并无实质区别，并且运动过程控制也基本相同。六轮方案具有结构紧凑、地形适应能力强、越障性能优良、控制灵活、车体姿态平稳等优点；缺点是重力在各车轮上的分配不均匀，不能充分发挥电机的效率。八轮方案的优点是结构对称、正向和逆向运动特性一致，重力在各车轮上均匀分配、电机驱动效率高，越障性能和地形适应能力强，车体运行过程姿态平稳；缺点是机构组成相对复杂，运动控制难度较大。

控制方式

在进行月面巡视探测器仪器设备布局时，相机、天线、太阳能电池阵列一般布置在月面巡视探测器的上部。如果月面巡视探测器发生倾覆，即使采取措施自主恢复工作状态后，也可能由于设备的损坏而导致巡视探测器无法正常完成后继科学探测任务。因此，月面巡视探测器在执行巡视勘察任务的过程中，必须通过增强月面巡视探测器自我安全检测、危险感知、危险处置的能力，来保证系统安全。

时延和通信带宽给月面巡视探测器的地面遥操作带来了很大的困难。由于月面巡视探测器操作任务的复杂性和作业环境的不确定性，目前尚难以实现月面巡视探测器的完全自主控制。目前巡视探测器主要运用地面遥操作和局部避障的方式工作，即大的方向和运动目标需要人工确定，局部的路径规划和运动控制（避障过程）由巡视探测器自主完成。月面巡视探测器采用半自主控制方案，即目标点的确定、路径规划由地面遥操作端完成，巡视器具备自主完成局部障碍感知和安全处置的能力。

早先苏联的“月球车1号”和“月球车2号”均完全靠地面遥操作来控制巡视器的行走与工作，而“阿波罗号”载人登月的月球车是由宇航员在月面操作来工作的。

巡视器构型

月球或行星巡视器的构型，有轮式探测车、履带式探测车、腿式探测车以及其他一些特殊形式的探测车，因其内容丰富，故下面专辟一节予以介绍。