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史上首辆月球车

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月球17号(Luna 17 (Lunokhod 1) (Ye-8 №203))由苏联拉沃契金科研生产联合体研发,是第一次成功的外星无人巡视任务。
1970年11月10日14:44,月球17号(Ye-8 No.203)由四级质子KNo.251-01火箭从拜科努尔航天发射场发射升空,以51.5度的倾角进入192 x 237 km的绕地球轨道,其任务是进入绕月球轨道,然后将Lunokhod 1月球车降落在月球表面。自1970年11月17日03:47成功着陆后,Lunokhod 1共工作了322个地球日,共行驶了10.54公里,返回了20000多张电视图像和206张高分辨率全景图。此外,Lunokhod 1利用其RIFMA X射线荧光光谱仪进行了25次土壤分析,并在大约500个不同地点使用了贯入仪。
背景Ye-8
苏联月球无人巡视任务中使用的航天器可以追溯到拉沃契金科研生产联合体(NPO Lavochkin)开发的Ye-8系列航天器。这是一个由首席设计师乔治·巴巴金(Georgi Babakin)管理的设计局,并在1965年4月被赋予了无人月球和行星飞船的研发责任。因此,OKB-1可以将其资源集中用于开发联盟飞船以及将宇航员送上月球所需的火箭,以与阿波罗竞争。NPO Lavochkin最早的成功包括1966年2月3日第一个将有效载荷降落在月球上的任务月球9号,以及两个月后第一个成功进入绕月轨道的航天器月球10号。
随着超级火箭N1的失败和1968年的到来,苏联官员越来越清楚地认识到,阿波罗计划将在苏联同类计划准备好飞行之前就将人类送上月球,给苏联的时间不多了。当时,巴巴金和他的团队的一个研究重点是:Ye-8无人月球巡视任务。这类任务的原本目标是在苏联宇航员登月地点进行详细考察,以确定安全性。在得知苏联载人登月任务已经不能按时实现后,团队开始转而研发无人月球采样返回任务,以希望抢回阿波罗任务的部分风头。
最初,Ye-8探测器(后来被称为Lunokhod)的任务是检查苏联载人登月的地点。
Ye-8项目最初由两部分组成:Ye-8着陆器(最终被称为“Lunokhod”,即“月球车”)和Ye-8LS轨道飞行器。两种型号的Ye-8都使用了一个标准化的“修正和制动模块”(以下简称“KT”),干质量约为1100公斤,在内部和四个可抛弃的外箱中共携带了3500公斤的联氨和硝酸推进剂。KT还携带了KTDU-417主发动机和姿态控制推进器的消耗品。它还配备了一个天文定位系统和其他传感器,以支持其在太空中的正常工作。
对于Ye-8着陆器,与KT配合的是一辆月球车(后来被称为Lunokhod)。探测器着陆后,月球车在一对着陆腿、一对坡道和其他下降所需设备(如雷达高度计)的帮助下可以从中间的停放位置来到月面。最初,月球车的任务是对计划中的载人着陆区进行现场勘测,以确保其安全。它还将携带一个无线电信标,引导苏联的载人登月器LK(或LM)实现精确着陆,并帮助宇航员探索着陆区。
Ye-8月球轨道器
另外,由于1966年Ye-6LF型号的月球12号任务只拍摄到了一小部分潜在的月球着陆点,工程师们还设计了Ye-8LS轨道器。它的任务是对拟定的着陆点进行更彻底的轨道勘测。这个型号的KT装载的推进剂比着陆器少,但是它携带了更多的用于姿态控制的消耗品,而后者是它在月球轨道上计划的一年任务中所需要的。轨道器的主要有效载荷是一个经过改装的Ye-8探测器仪器舱,去掉了月球车的轮子和其他传动系统部件,并配备了高分辨率相机和其他仪器来研究月球表面和周围环境。
原本设计的Ye-8着陆器和Ye-8LS轨道飞行器都不具有采样返回功能,不过Ye-8着陆器的任务与采样返回任务很大程度是相似的。因此,1968-1969年,拉沃契金的工程师们主要忙于将Ye-8着陆巡视器改造为着陆返回器。
月球(15a)
1968年12月27日阿波罗8号任务圆满结束以及美国宇航局紧随其后的大胆载人登月计划,意味着阿波罗首次登月尝试可能会在1969年夏天到来。由于没有希望击败美国的载人登陆,苏联官员将重点转移到无人行星车和采样返回任务上,希望给美国宇航局的成就蒙上一层阴影。随着Ye-8系列的地面准备工作进入后期,苏联军事工业委员会(VPK)于1968年12月30日批准发射第一批行星车和样品返回任务。1969年1月8日,部长会议(Council of Ministers)颁布了一项行政命令,授权了Ye-8系列任务的发射。
然而,工程师们的着陆器+返回器组合的设计还没有完成,因此,第一次Ye-8任务将采用原有的着陆器+巡视器配置。
探测器代号是Y-8 No.201,携带月球车。它的目标是降落在位于澄海(Mare Serenitatis)东部边缘的,61公里宽的勒蒙尼尔陨石坑(Le Monnier crater)的平坦地面上。如果成功,这将是着陆器第一次从月球环绕轨道最终下降(而不是从地月转移轨道直接下降),也是迄今为止最靠北的登月尝试。作为宣传的一部分,探测器携带了苏联国歌的录音带,着陆后播放。
1969年2月19日,莫斯科时间上午9:48:15(世界时06:48:15),Ye-8 201探测器搭载在质子K239-01上从苏联哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场的81/24号发射台升空。当上升的火箭达到最大动态压力时,新设计的保护有效载荷的整流罩在发射51秒后失效。两秒钟后,运载火箭在距离地面15公里的地方爆炸。第一次Ye-8任务失败了。
为了赶在阿波罗11号登月之前把月球土壤样本带回地球,苏联人进行了一系列的赌博。在月球16号发射之前,苏联已经发射了三艘Ye-8系列探测器,其中包括着陆器和行星车月球(15a)、着陆器和返回器月球(15b),以及与阿波罗11号争分夺秒的月球15号。
1969年7月21日,当阿波罗11号的宇航员成功登上月球并完成了历史性的月球行走之后,月球15号终于在第54圈轨道上进行了变轨,并开始了着陆尝试。世界时15:50,月球15号在危机海(Mare Crisium)坠毁。任何返回样本的希望都化为泡影。
随后,又有3艘Ye-8-5飞船准备起飞,不甘心失败的苏联人在接下来的几个月里继续进行发射尝试。然而,最终宇宙300号和宇宙305号因为逃逸级没有点燃被迫搁浅在地球停泊轨道,之后的月球(16c)甚至没有到达停泊轨道。
在上一年十次发射尝试中连续八次失败之后,对质子火箭的彻底审查开始。因此,火箭设计人员在1970年春夏季对质子进行了重大改造,以提高其可靠性和性能。8月18日,一次使用编号为246-01的质子进行的82-EV次轨道试飞升空,验证了运载火箭所做的改动的正确性。这样,9月的月球发射尝试的可能性大大地提高了。
质子K-248-01火箭于莫斯科时间1969年09月12日16:25:53(世界时13:25:53)升空,搭载重5727公斤的Ye-8-5 No.406进入停泊轨道。在滑行了70分钟后,Blok D重新点燃,将现在被称为“月球16号”的物体送上月球。
在顺利完成既定操作后,月球16号返回舱于9月24日返回地球。科学家共收到了101克的月球物质。因此,月球16号成了第一次成功的外星样品返回任务。
接下来?
在第一次成功的外星样品返回任务之后,拉沃契金的工程师们开始对下一次月球任务进行设计。最终,他们的目光最终瞄向了传统的月球着陆+巡视任务。一方面,当时的苏联还没有放弃载人登月计划。因此,“在苏联宇航员登月地点进行详细考察,以确定安全性”的任务仍有实际意义;另一方面,单纯就月球车来说,它能比载人任务持续更长的时间,将更详细地考察阿波罗任务没有到达的地点的物理和地质条件,并为未来人类在月表长期停留的可能性提供评估。
无论具体原因究竟是哪一种,月球16号之后的任务都将是月球着陆与巡视。第一次成功的外星无人巡视任务即将登场。
任务目标
月球17号的工程目标是:
向月球表面运送一个名为“Lunokhod 1”的月球车。月球车将在地球上操作人员的实时控制下前往各个地点,并在月球土壤上进行为期3个月的工程和科学测试。[1]
月球17号的科学目标是:
拍摄月表电视图像和全景图,并返回地面,以进行研究分析;
对月表土壤的化学成分和辐射性质进行分析;
搭建初始的月球天文台,进行无大气干扰的天文观测。
月球车Lunokhod是月球17号的最重要载荷,也是结构的中心部分。
Lunokhod的内部是密封的,在正常大气压下充满了氮气。它内含放射性物质,用放射性衰变时产生热量来保持温暖。
顶部的圆顶面板在后侧用铰链连接,这样它就可以在为期两周的月球“夜晚”中用作隔热层。在月球“白天”的时候,它会被打开,让里面的一层太阳能电池为Lunokhod的电池充电。
在“白天”,即约14个地球日的活动周期开始之前,月球车都会花一些时间打开盖子,以便获得足够的动力而能够离开。在“白天”的操作结束时,Lunokhod会被地面人员指定停放在一个位置,以确保在第二个“白天”来临后,打开盖子的月球车能够最大限度地受益于太阳能照明。月球车由太阳能供电,并用化学电池储电。
Lunokhod的八个钢丝网轮子都有自己的电动机,使得它可以在崎岖的地形移动。并且,一个电动机的故障并不能阻止它移动。
月球车最前部的有盖盒子是法国制造的激光反射器。它可以将激光束反射回地球,使测量地球和月球之间的距离成为可能(精确到20到30厘米)。
它还配备了一双电视摄像机“眼睛”,供“司机”使用,以查看他们驾驶它的位置。电视摄像机上方的两个天线(一个螺旋天线和一个圆锥形天线)提供与地球的通信。螺旋天线是主要的、可操纵的发射天线。
Lunokhod在任何时候都有一个两人的团队——工程师们轮班工作。需要一名司机来处理转向和前后移动,另一名机组人员的工作是“驾驶”Lunokhod的可操纵天线,并使其与地球方向保持一致。这样的开车远远没有是看电视和玩电脑游戏那样快乐。每一次行动都是在研究了地形图像、计算出距离、计算出空间方位后精心策划的,不然月球车随时可能失联。[4]
Lunokhod还携带了一种天文仪器:一种称为RT-1的X射线望远镜(即伦琴望远镜)。因为月球没有大气层,所以它是进行x射线天文学研究的理想地点。将RT-1这样的X射线仪器安装在Lunokhod上的部分原因是为了评估在未来的任务中使用月球作为观测站的可能性。利用月球每小时0.5度的缓慢旋转速度,RT-1可以在一个月球日内,以3°的步幅在天空中进行3°宽的X射线测量。[5]
Lunokhod还携带了X射线光谱仪、土壤贯入仪和辐射探测器,这三个仪器主要与土壤测试有关:土壤贯入仪将会把月壤抽出,并运送给X射线光谱仪和辐射探测器分析。[1]
Lunokhod实际上还装备了一个第九个轮子(备胎),连接在车辆的后部。它是一个简单的测距装置:一个里程表,用来计算月球车的总行程。[4]
在发射状态下, 长2.3米、最宽3.3米的着陆器在Lunokhod之下。着陆器侧面装有用于从月球轨道着陆的火箭推进剂箱。它们都是顶部带有弧度的垂直圆柱体。
推进剂箱在降落到月球表面之前会被释放,并留在月球轨道上。这是为了减少着陆器的总质量,从而减少反推和着陆所需的推进剂。
登月后,着陆器和巡视器的总质量是1836 kg。着陆器会在航天器的两侧放下两对斜坡。然后,Lunokhod 1可以沿任一组向下行驶,如果有障碍物(如一块岩石)阻碍它沿一组向下行驶,则可以选择另一条路线。(还没有遇到两端都被堵住的情况)
这种着陆器设计后来被标准化,并被用在火卫一1号和2号火星探测飞船上。
发射与轨道
以下涉及时间均为世界时。
发射
月球17号(Ye-8 No.203)由四级质子KNo.251-01火箭从拜科努尔航天发射场发射升空,以51.5度的倾角进入192 x 237 km的绕地球轨道,其任务是进入绕月球轨道,然后将Lunokhod 1月球车降落在月球表面。
1970年11月10日14:44Blok D点燃
月球17号的Blok D点燃,使其进入月球转移轨道。
1970年11月10日15:54轨道修正
火箭发动机短暂启动,进行了一次轨道修正。
1970年11月12日轨道修正
火箭发动机短暂启动,又进行了一次轨道修正。
1970年11月14日入轨
以141°倾角进入绕月球85公里的圆形轨道。
1970年11月15日22:00变轨
火箭发动机短暂启动,绕月轨道改变为19×85公里。
1970年11月17日开始着陆
火箭发动机启动,开始向月球表面着陆。
1970年11月17日03:41着陆成功
着陆成功,着陆点是38.28°N,35° W,雨海。
1970年11月17日03:47第一张电视图像
Lunokhod 1返回月球表面的第一张电视图像。
1970年11月17日05:31开始旅程
Lunokhod 1从月球17号着陆台上的一对斜坡上下来,移动到月球表面。
1970年11月17日06:28第一夜
Lunokhod 1在月球的“晚上”停了下来,并把保温盖盖上。此时又行驶了197米,传回了14张月球近景照片,在10次通信中传回了12张全景图,并对月球土壤进行了分析。
1970年11月22日激光实验
法国的激光信号测试启动:在Lunokhod 1前端建造激光反射器,用来测量从地球到月球的精确距离。
1970年12月5日激光实验
用Lunokhod 1进行了第二次激光反射实验。
1970年12月6日第二日前
Lunokhod 1盖子打开,电池开始充电。
1970年12月9日第二日
Lunokhod 1开始第二个月球“白天”实验计划。
1970年12月10日第二夜
Lunokhod 1在距离着陆器1370米的地方停了下来,并把保温盖盖上,准备迎接第二个月球之夜。在之前的“白天”,它又行驶了1522米,并继续它的摄影和土壤测量计划。
1970年12月22日第三日
Lunokhod 1打开盖子,它的电池在月球上的第三个月球“白天”之前开始充电。
1971年1月8日返回
Lunokhod 1返回月球17号,在月球表面拍摄航天器着陆器。
1971年1月17日第三夜
Lunokhod 1在第三个月球之夜之前停了下来,在之前的“白天”,它又行驶了1936米,并继续它的摄影和土壤测量计划——它的保护盖子已经关闭。
1971年1月20日第四日
Lunokhod 1盖子被打开,它的电池在月球上的第四个月球“白天”之前开始充电。
1971年2月8日第四夜
Lunokhod 1在第四个月球之夜之前停了下来。在之前的“白天”,它又行驶了1573米,继续它的摄影和土壤测量计划,它的保护盖子已经关闭——它已经达到了最初计划的寿命。
1971年2月19日第五日
Lunokhod 1盖子被打开,它的电池在月球上的第五个月球“白天”之前开始充电。
1971年3月9日第五夜
Lunokhod 1在第五个月球之夜之前停下,这次又增加了的2004米行程,并继续进行摄影和土壤测量,保护性盖子关闭。
1971年3月20日第六日
Lunokhod 1盖子打开,电池在第六个月球“白天”之前开始充电。
1971年4月8日第六夜
Lunokhod 1在第六个月球之夜之前停下,又行驶了1029米,并继续进行摄影和土壤测量计划,保护性盖子关闭。
1971年4月20日第七日
Lunokhod 1盖子打开,电池在第七个月球“白天”之前开始充电。
1971年5月7日第七夜
Lunokhod 1在第七个月球之夜之前停下,又行驶了197米,并继续进行摄影和土壤测量——它的保护性盖子关闭。
1971年5月20日第八日
Lunokhod 1盖子打开,电池在第八个月球“白天”之前开始充电。由于系统的老化,它的工作量已经减轻。
1971年6月5日第八夜
Lunokhod 1在第八个月球之夜之前停下,又行驶了1559米,并继续进行摄影和土壤测量——它的保护性盖子关闭。
1971年6月18日第九日
Lunokhod 1盖子打开,电池在第九个月球“白天”之前开始充电。
1971年7月4日第九夜
1971年7月17日,Lunokhod 1在第九个月球之夜之前停下,又行驶了220米,并继续进行摄影和土壤测量计划,保护性的盖子关闭。
1971年7月17日第十日
Lunokhod 1盖子打开,电池在第十个月球“白天”之前开始充电。
1971年8月3日第十夜
Lunokhod 1在第十个月球之夜之前停下,又行驶了215米,并继续进行摄影和土壤测量计划,它的保护性盖子关闭。
1971年8月16日第十一日
Lunokhod 1盖子打开,电池在第十一个月球“白天”之前开始充电。
1971年8月31日第十一夜
Lunokhod 1在第十一个月球之夜之前停下,又行驶了88米,并继续进行摄影和土壤测量,保护性盖子关闭。
1971年9月15日“死亡”
在第一颗人造卫星发射周年之际,Lunokhod 1因未能响应地面唤醒的指令而被正式宣布“死亡”——它已行驶10540米,传送了2万多张普通电视图片和200多幅全景图,并进行了500多次月球土壤测试。


IP属地:陕西1楼2024-05-12 12:29回复
    原来拉沃契金去搞航天了


    IP属地:广东2楼2024-05-12 20:59
    收起回复
      美国登月人员从月球返回时,为了减轻重量连相机都扔月球上了。
      所以,百思不解,为什么弄那么大一辆月球车上去? 高温下坐在月球车上接触不危险吗?


      IP属地:陕西3楼2024-05-12 21:07
      收起回复
        是第一次成功的外星【无人】巡视任务。刚刚我被语文老师骂了一顿,给我圈出了这两个字。


        IP属地:河北来自Android客户端4楼2024-05-13 15:20
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