對話“喀嗎哆－１”月球車設計者馮健翔

“舉頭望明月，低頭思故鄉”。

月球，這個浩瀚宇宙中離地球最近的天然星體，從來沒有像今天這樣棲滿了全人類的目光。包括上個世紀探月、登月成功的兩個超級大國，許多國家紛紛提出各自的探月計劃。俄羅斯、美國和日本等國，甚至都有了建立永久性月球基地的打算。

我國探月工程2004年順利啟動，標志著中國現代版“嫦娥奔月”正式上演。三年后的2007年10月24日，我國“嫦娥一號”衛星成功發射，準確入軌。經過近一個月的飛行，“嫦娥一號”抵達近月軌道，接下來發回月球照片，并開始實現繞月探測等等，中國探月工程順利完成了第一步。作為我國探月工程“繞、落、回”三步走之第二步的“落”，要用月球車(機器人)近距離探測月球地質結構等。關于中國版月球車的各項技術參數及需要完成的科研任務2005年已有初步標準，月球車項目要在全國科研單位中展開公開競爭，充分發揮各科研單位的優勢，優選出最適合月球探測要求的月球車。

日前，就中國版月球車設計問題，記者專訪了“喀嗎哆-1”月球車(機器人)原型系統設計人——中國探月工程應用專家委員會專家、解放軍裝備指揮技術學院遙科學與智能化實驗室主任馮健翔教授。

記者(以下簡稱“記”)：為什么要研究月球車?月球車和地球車有什么不同，它必須滿足月球上哪些自然條件?月球車在月球的著陸過程是怎樣的?

馮健翔(以下簡稱“馮”)：我們所說的月球車，實際上是指無人駕駛的遠距離操作的機器人。月球表面的考察探測，沒有人就只能靠它們了。月球上沒有路，月球環境與地球環境截然不同。地球車不能當月球車用，所以研究月球車很重要。

月球車和地球車的主要區別是：地球車可以做得體積很大而月球車必須做得很小，大了火箭背不動，飛船裝不下，送不到月球上去。還有就是地球車主要在平道上行走，而月球上沒有人給你鋪好路只能在野地里走。還有就是，地球上有很詳細的交通圖，路標和導航設備，實在不行還有110幫你忙。月球上可什么也沒有啊。所以，國外有人說月球車是“孤獨的哨兵”。月球自然條件險惡，月球車在月面荒野中，面臨月面太冷太熱(正負100多攝氏度溫差)考驗，隕石坑多，溝溝坎坎，沒有坦途，可能時時有磕磕碰碰、落入隕石坑、與地球失去聯系、找不著北、不知何去何從、本身故障等各種危險。

我原來研究航天大系統的遙科學與智能化技術，后來拓展到研究月球機器人技術，發射著陸技術接觸不多。大約說，月球車的發射著陸過程，應該可以有不同的方式，就像在地球上把貨物運送到目的地可以有不同的方式一樣，看怎么規劃設計。目前，美國火星車的發射著陸方法，是將車裝在飛船里，就像將宇航員裝在飛船里一樣，利用運載火箭，將飛船推到環火星軌道上，到達合適的軌道位置后，飛船脫離軌道，飛向火星，然后打開緩沖降落傘和反推火箭減速，臨近火星地面一剎那，飛船身上的若干氣囊迅速充氣把飛船包裹起來，使得撞擊火星地面時不至于造成破壞，最后，飛船停在火星上呈蓮花瓣展開，車從飛船花瓣的某個固定方向溜到火星地面上去，然后開始行走執行自己的任務。我國月球車有可能也會采取類似辦法著陸(我們的“喀嗎哆-l”月球車是萬向行走的，哪個方向好下去就從哪個方向下去，是一個重要優點)。

記：中國版月球車從著陸器上下來，將執行哪些月球探測任務?

馮：這方面，要月球工程總指揮、總設計師和首席科學家，如欒恩杰、孫家棟、歐陽自遠等老總們才能敲定，他們叫干什么就干什么!我理解，目前，去探測月球地形地貌，了解月球環境，勘探月球的地質構造，發現稀有礦物質等等可能很重要。當然，長遠看，月面上將有許多國家發射甚至建設的月球設施。那時，月球車的任務可能更多。

記：在我國月球探測二期工程中，將實現月表著陸探測與月球車巡視勘測，早在“嫦娥工程”公布月球車標準之前，國內各科研院所為能搶到先機，紛紛推出自行研制的月球車。您和您的“喀嗎哆”小組也推出了自己的“喀嗎哆-1”月球車，請問你們的月球車與國外的月球車有何異同?

馮：“喀嗎哆-1”只是一個初步的原型系統，原型系統是用來開展試驗研究關鍵技術的。我們2000年設計成“喀嗎哆-1”月球車(我們內部叫“喀嗎哆-1”月球機器人原型系統)，已經獲得兩項國家專利：發明專利是關于它的多艙體系統分布式柔性結構，這種結構布局可以很好地融入地月遙科學分布智能化大系統結構系統；外觀專利是對稱三加一輪系+對稱三扇圓形平臺+柱狀桅桿+360度自由旋轉攝像測量頂艙。最早設計還有機械手，后來因經費短缺沒有加上。還有幾種與設計試驗相關的技術專利正在申報。“喀嗎哆-1”完全不同于國內外的月球車、火星車設計。初步試驗和仿真結果都一再表明，與美國火星車等相比，“喀嗎哆-1”機器人優點有：1.外形美觀大方。2.結構布局合理容錯能力強：分布式多艙體布局，采用分市式智能控制，一個艙體出一般問題可以考慮另一個艙體代行職能，一個艙體出重大問題一般不會影響其它艙體正常工作。3.柔性輪系結構，可萬向行走靈活性高，好處多：著陸方便，美國火星車只能從一個方向溜出著陸器，當著陸器正前方有大型障礙物車就無法溜出，任務就失敗了，而“喀嗎哆-1”可以從任意方向溜出著陸器，不存在這種風險。4.避障越障安全可靠：美國火星車采用一種所謂前后向搖臂結構，只在前后方向是柔性的，左右方向是固定的，容易側翻，而“喀嗎哆-1”所有方向都是柔性的，不易翻車。5.行走穩定性好：始終四輪抓地，行走很穩健。6.安全可靠性高：四輪星型連接，成多三角形關系，一個輪子出題，可以繼續穩定行進；停車作業時安全穩定：輪子始終與月面接觸，構成多個穩定的三角形支撐，所以更穩定。7.節約電能：柔性結構使得四個輪子始終與月面接觸，輪子不會空轉打滑，所以不浪費能源。8.節約飛船存貯空間：采用圓形車體設計，與一般的鐘形著陸器圓底吻合較好，不浪費空間。

“喀嗎哆-1”的設計已經引起國內外同行重視：前美國“阿波羅計劃”專家和俄羅斯快船局專家為此專門訪問過本小組，俄彼得堡航天機器人中心、德國不來梅大學等單位專家關心過這種設計，有過合作開展有關研究意向，國內也有單位開始考慮它的初步應用，海內外多家單位希望獲得“喀嗎哆-1”其他商業用途的授權。

記；在“喀嗎哆-1”月球車研制過程中，你們對國家提出的月球車標準有沒有信心，依據是什么?”

馮：近幾年，我們這個小組一直在做“喀嗎哆-1”(室內試驗版)行車試驗和性能改進，已經形成一個較為完整的車體系統結構和行走遙操作控制原型系統設計，“喀嗎哆-1”的越障和旋轉等主要功能已全部通過試驗檢驗，爬坡能力達到了27度。性能更強大的“喀嗎哆-2”(外場試驗原型系統)正在研制，將于年初進入野外試驗，準備向美國火星車爬坡35度的世界紀錄發起挑戰。地月遙感科學智能化系統設計方案已經初步實現其試驗原型系統，并成功用于“喀嗎哆-1”試驗操作控制，包括自主操作控制和遠程遙操作控制。我們有信心為國家月球工程計劃提供一種候選設計或候選技術。

記：從你們制作出“喀嗎哆”樣車，到研究出真正的能到月球上工作的月球車，這個中間的距離還有多遠?

馮：這個要看領導部門和工程部門的任務規劃復雜度和投入情況。我估計，以我們的現有工作為基礎，工程化過程有三五年應該可以。但是，如果月球車要完成的任務很復雜，功能配置很多，那么不但車復雜，地面遙控操作控制系統復雜，測試試驗環境也復雜，時間就會比較長。所以，我建議量力而行，不能頭腦發熱搞得太復雜了，太復雜勞民傷財。

記：你們的月球車有幾種研究方案可供選擇，一旦你們的方案沒被采納，是不是意味著所有的研究方案和辛苦都白費了?

馮：我們的設計方案，主要是一種，但是，我們也在考慮它的變形方案。到時，都會拿出來，包括把所有的試驗結果拿出來，供國家月球工程方面挑選。我希望這個方案若不能做主角就做配角，不要落選。哪一個娘不希望自己的孩子行啊!當然，如果月球工程這個階段用不上，我們就進一步加強改進研究和試驗，等待新的機會。

記：參與全國競爭，主要壓力來自哪里?動力又是什么?目前小組成員的工作狀態如何?

馮：我們是有感而發，是長期遙科學智能化一系列研究工作拓展的結果，有那么多人關心支持，壓力不大。至于動力，像所有的科研同行一樣，大了說是想不辱使命為國家做點貢獻，小了說是不枉此生做點有意義的事情。目前，我們這個小組依然很努力，因為與剛開始時一無所有的狀態比，總是有了些基礎，有了些資金，而且有了些掌聲嘛。

我們相信，堅持下去，我們會有更好的“喀嗎哆”技術來接受國家計劃選擇。我們有支持月球車必備的遙科學與智能化系統基礎研究，優異的月球車設計和獨立的月球車系統知識產權。我們希望國家月球工程部門能“收養并且養好這個好孩子”，將它打造成一輛獨具特色的中國版月球車!