炫酷向未来，载人月球车方案再进化

来源：中国航天报

近日，日本航天机构开启了对未来载人月球车“月球巡洋舰”的新一轮宣传。同时，美国宇航局选定3家公司竞标“阿尔忒弥斯计划”的载人月球车。对比“前辈”，新一代载人月球车设计方案呈现出哪些亮点？结合新任务、新挑战，它们应用了哪些新技术？

命名不同有玄机

在“阿尔忒弥斯计划”中，3家公司投入竞标的方案被统称为“月球地形载具”（英文简称LTV）。至于20世纪70年代“阿波罗计划”期间驰骋于月球表面的载人月球车，其正式名称是“月球漫游载具”（英文简称LRV）。虽然两者的功能类似，但应用了更多先进技术的LTV更加引人注目，也将承担更多使命。

美国新一代载人月球车方案之一效果图

事实上，载人月球车可以分为3类：无加压型、加压型和应急型。其中，LRV就是典型的无加压型，被戏称为“高科技敞篷简易车架”，助力航天员实施了效率更高的月面探索任务。这种载人月球车一般会跟随航天员一起登月，可以视为“月面代步车”。

相比之下，加压型载人月球车更类似“月球房车”，拥有大型加压舱和循环生保系统，更适合单独发射部署至月表，理论上能够支持航天员进行较长时间和航程的月面探索。比如，日方曾宣称，“月球巡洋舰”具备“数月内在月表行驶1万公里”的潜力。

顾名思义，应急型载人月球车主要用于处理紧急情况。在“阿波罗时代”，LRV被设置有“步行限制”。也就是说，一旦载人月球车出现故障，航天员必须在生保系统支持下步行返回登月舱，这就限制了LRV的实际行驶里程。未来，航天员有必要进行更大范围、更长时间的月面探索，而应急型载人月球车可以发挥类似“折叠单车”的作用，帮助航天员在大型载人月球车、月面建筑等出故障时快速返回登月舱，避免上演现实版的“独行月球”事件。

纵观各国载人登月工程规划，普遍倾向于先试行短暂留月，再开展长期月面任务，而且着陆点逐步从月球正面的中低纬度区域向月球南极和月球背面扩展，航天员任务时间也将逐步延长。这样看来，新一代载人月球车有必要具备运行时间更长、行驶里程更远、系统更智能、功能更多样化等特点。

比如，“阿波罗时代”LRV的最长运行时间仅266分钟，未来载人月球车计划以地球日（24小时）为单位开展月面活动。航天员不使用时，它可以通过地面站遥控，执行一些无人探测任务。换句话说，新一代载人月球车不只是交通工具，更类似必要时载人的月面自主科学巡视器，具备自主月面导航、地月通信和月夜生存能力，这就对其自动化、智能化水平和热控性能提出了更高的要求。

适应任务更努力

无论是更倾向于单独发射部署的“月球房车”，还是更适合与航天员一起登月的LTV，都离不开火箭与月球着陆器大力支持。考虑到基于“星舰”第二级研制的载人登月舱和“蓝月亮”都拥有远远大于“阿波罗登月舱”的载荷能力和空间，美国LTV方案普遍放宽尺寸、质量限制。

美国新一代载人月球车另一款方案设计注重提升载荷能力

在能源方面，昔日LRV使用两套36伏银锌-氢氧化钾电池，无法再充电，导致续航里程仅有92公里，属于典型的一次性短期交通工具。新任务要求美国LTV和日本“月球巡洋舰”都要在月面运行超过1个月昼（14个地球日），因此新一代载人月球车必须具备充电续航能力。

据公开资料显示，美国LTV方案配备了可展开式太阳翼，还可能使用基于钚-238衰变放热的放射性同位素装置，以便熬过零下180摄氏度的极寒月夜环境。不过，目前出现了没配备类似装置也能度过月夜的航天器，或许可以为载人月球车设计提供新思路。

随着供电条件改善以及搭载设备更多更复杂，载人月球车的任务范围和探索区域必将显著拓展，更加远离载人登月舱。这就要求其升级通信能力，能够直连月球轨道中继卫星或地面站。“阿尔忒弥斯计划”的重要一环是建设绕月空间站，多国正在规划组网地月空间通导遥综合星座，这些“太空基建”都会显著放宽未来月面任务的限制，允许航天员驾车探索更遥远的目标，收获更多成果。

在控制方面，“阿波罗时代”LRV完全由航天员驾驶。而对于新一代载人月球车来说，基于目视识别等技术的自动驾驶无疑是比较理想的，但不宜完全依赖，更有可能会使用双模控制模式：在远距离任务中，载人月球车充分利用自动导航和人工智能，减轻航天员操作负担，航天员只需在高风险地形或较敏感的时刻手动接管驾驶；在时间有限的任务中，主要由航天员驾车，以便提升速度，自动驾驶模式作为辅助参考；航天员离车后，月球车立即切换到自主识别、自主导航模式，确保无人化安全运行。

提到导航，早期载人月球车仍使用陀螺仪和里程计，并通过老式计算机获取运行距离和方位，同时借助太阳高度角变化辅助测量参数。在现代先进惯性导航技术帮助下，载人月球车不仅能够依靠陀螺仪和里程计，还可以尝试利用地球导航卫星信号旁瓣，实现一定程度的月球轨道导航，或者直接使用月球轨道导航星座，取代惯性导航，助力远距离运行。

加速进步迎未来

需要明确的是，如果载人月球车没有配备封闭式加压舱和环控生保系统，那么单次载人运行时间预计仅能达到小时级别，很难独立探索。随着月球南极着陆任务和月球基地建设构想被提上日程，将“移动实验室”搬到月面，成为未来载人月球车的重要发展方向。

日本“月球巡洋舰”推出玩具模型

这种大型载人月球车必须克服复杂月面地形和大量带电月尘的考验，一般采用6个以上轮子，借助太阳能和核动力，支持航天员执行长期任务。20世纪60年代，美国曾研究过“阿波罗后勤支持系统”等载人月球车概念，由土星5号重型火箭发射，质量为2940～3840公斤，可支持两人携带仪器和消耗品工作14天。不过，由于土星5号重型火箭产能有限，两次发射载人登月方案被取消，这种大型载人月球车被LRV取代。

21世纪初，美国宇航局研究了采用模块化设计的太空探索飞行器，其中月面巡视型号（英文简称SEV）的质量为3吨，同样能够容纳两人开展为期14天的探测任务，在紧急情况下，可容纳4人。按设计，SEV可以装备起重机、绞盘、挖掘设备等辅助工具，甚至为乘员准备了特殊浴室，以便提高舒适性和工作效率。SEV将配备12个轮子，每个轮子都能360度旋转，从而具备全向行动能力，克服复杂地形。

为了换取在“阿尔忒弥斯”后续任务中的日本航天员登月名额，日本宇宙航空研究开发机构近年委托丰田公司开发“月球巡洋舰”。这是一款规模空前的大型载人月球车，长6米，宽5.2米，高3.8米，质量达到10.3吨，13立方米内部加压空间可支持两名航天员工作30个地球日。

它采用氢燃料电池搭配柔性卷积太阳翼的供能方式。太阳翼在车辆运行时收纳，使用时促进电解水，生成氢气和氧气。丰田公司宣称，未来利用月球水冰资源，“月球巡洋舰”理论上具备“几乎无限的巡航能力”。不过，考虑到极寒限制，即使发现了可观的月球水冰资源，开采利用仍面临很大难度。

月球南极已成为新一轮探测热点，那里地形破碎，又存在永久阴影区，未来探测、巡视任务乃至建设月球基地都对载人月球车提出了更高的要求。一方面，车辆越障能力需要提升，比如抛弃传统轮式结构，改用类似六足机器人的爬行/轮式多模运行方式，依靠全向行走机构及时脱困，甚至考虑配置冷气火箭，在图像匹配和卫星导航支持下，“跳跃”越过险峻地区。另一方面，车辆必须摆脱对太阳能的依赖，尝试应用放射性同位素发电机、氢燃料电池和更先进的热控技术。

总之，随着航天材料、结构设计和设备智能化水平提高，未来月球车有望在相同平台上搭载不同的有人/无人模块，支持多功能高效协作，帮助航天员取得更有价值的成果。