清華新聞網(wǎng)10月31日電 2023年10月25日，中國(guó)載人航天工程辦公室發(fā)布了載人月球車(chē)研制方案征集初選結(jié)果。由清華大學(xué)牽頭的研制方案“望舒之輦”入選。
研制方案視頻
清華大學(xué)自2017年起開(kāi)始載人月球車(chē)研制工作，研制方案歷經(jīng)多次調(diào)整，團(tuán)隊(duì)先后制作了四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向技術(shù)演示驗(yàn)證車(chē)（圖1），車(chē)體傾角可調(diào)和具有蠕動(dòng)行駛功能的四輪車(chē)（圖2），最終將中華文明和傳統(tǒng)文化融入載人月球車(chē)的設(shè)計(jì)中，以工程技術(shù)為基礎(chǔ)，以人文思想為突破，形成了現(xiàn)在的研制方案。
設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)用“望舒之輦”命名載人月球車(chē)。在中國(guó)古代傳說(shuō)中，望舒是為月亮駕車(chē)的女神，也被借指月亮。屈原《楚辭·離騷》中就有“前望舒使先驅(qū)兮，后飛廉使奔屬”的詩(shī)句。而“輦”是我國(guó)古代交通工具，中國(guó)使用車(chē)輛的歷史可追溯至夏朝的奚仲造車(chē)。該命名不僅很好地貼合了月球車(chē)的內(nèi)涵，更寄托了華夏兒女世代之夢(mèng)想。在月球車(chē)的整體構(gòu)型方面，設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于秦始皇兵馬俑出土的銅車(chē)馬的關(guān)鍵元素（圖3）。以一對(duì)大尺度車(chē)輪來(lái)突出“輦”的關(guān)鍵特征，以圓形穹窿華蓋凸顯車(chē)的華麗與尊貴，以顯示器支架的“韁繩”造型意寓駕馭“望舒之輦”的 “航天員”正是載人探月的踐行者，而六輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)則意喻六匹馬拉動(dòng)“輦”以按照中國(guó)的傳統(tǒng)禮儀給予航天員最崇高禮遇。此外，為彰顯中華文化的博大精深和中國(guó)哲學(xué)思想的深邃，還在大車(chē)輪轂上應(yīng)用了“來(lái)氏太極圖”造型。
在載人月球車(chē)的構(gòu)型方面，大尺度車(chē)輛位于航天員座椅處，抬高了航天員座椅的高度，不僅有效降低了航天員對(duì)抗充氣加壓航天服變形所需要的肌肉力量，而且開(kāi)闊了航天員的視野。車(chē)頂?shù)娜A蓋不僅提供了鋪設(shè)太陽(yáng)能電池陣的結(jié)構(gòu)，解決了科學(xué)儀器設(shè)備長(zhǎng)期供電的問(wèn)題，并且在為航天員遮擋月晝強(qiáng)烈的陽(yáng)光輻照的同時(shí)，為車(chē)上設(shè)備制造了陰影區(qū)域，從而降低了為抵抗月晝約128度高溫所實(shí)施的儀器設(shè)備和電池溫度控制的難度。此外，還提供了敞篷車(chē)所必須的防翻滾支架，以對(duì)航天員進(jìn)行保護(hù)。通過(guò)對(duì)月球車(chē)巧妙的折疊和展開(kāi)設(shè)計(jì)，即滿(mǎn)足了月球車(chē)搭乘月球著陸器到月球表面而對(duì)其尺寸和重量的嚴(yán)格限制條件，還在月球車(chē)后部形成了一個(gè)面積較大的平臺(tái)，用于放置科學(xué)儀器設(shè)備和裝置以及采集到的月球標(biāo)本。
為實(shí)現(xiàn)載人月球車(chē)的高效、安全與可靠駕駛，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將衛(wèi)星的姿態(tài)控制思想應(yīng)用于月球車(chē)的行駛控制，解決了當(dāng)月球車(chē)若干車(chē)輪出現(xiàn)故障后的行駛控制問(wèn)題。形成的車(chē)輛集中-分散控制理論、方法和技術(shù)可以移植到地面電動(dòng)車(chē)的控制上，賦予電動(dòng)車(chē)更靈活的轉(zhuǎn)向能力，解決高速轉(zhuǎn)彎和濕滑路面高速行駛時(shí)的車(chē)輛穩(wěn)定性問(wèn)題。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了載人月球車(chē)的人-機(jī)智能混合增強(qiáng)駕駛技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)駕駛、自主駕駛和人機(jī)混合駕駛?cè)N模式，既為航天員提供了駕駛樂(lè)趣，也為安全駕駛和特殊情況下自主返回月球著陸器提供了保障。該技術(shù)也可以移植到地面車(chē)輛的駕駛上來(lái)，將人操縱和自主駕駛實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)合。此外，為解決航天員穿著月球航天服存在的手腕和手指運(yùn)動(dòng)受限的問(wèn)題，同時(shí)也為了提高駕駛的可靠性，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了可以將前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向和剎車(chē)動(dòng)作在手感上解耦的操作桿，并賦予了操縱桿鼠標(biāo)功能。為保證可靠性，還將操縱桿至于兩名航天員中間位置，以便航天員可以隨時(shí)交接操縱職能。同樣，該項(xiàng)技術(shù)也可以移植到地面車(chē)輛上來(lái)，實(shí)現(xiàn)主副共駕。
在研制方案的形成過(guò)程中，清華大學(xué)航天航空學(xué)院負(fù)責(zé)總體設(shè)計(jì)，清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院負(fù)責(zé)藝術(shù)設(shè)計(jì)，清華大學(xué)其他相關(guān)院系分別承擔(dān)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)工作。合作單位是中國(guó)航天科工集團(tuán)所屬三江集團(tuán)，三江集團(tuán)承擔(dān)了車(chē)輛驅(qū)動(dòng)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程實(shí)現(xiàn)等任務(wù)。
圖1：清華大學(xué)的四輪車(chē)設(shè)計(jì)方案
圖2：清華大學(xué)的車(chē)體角度可調(diào)與可以蠕動(dòng)行駛四輪車(chē)設(shè)計(jì)方案
圖3：秦始皇兵馬俑出土的銅車(chē)馬，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供了靈感
圖4：“望舒之輦”設(shè)計(jì)方案
圖5：“望舒之輦”關(guān)鍵設(shè)計(jì)元素
供稿：航院
編輯：陳曉艷
審核：郭玲
