2023年10月25日，中國載人航天工程辦公室發(fā)布了載人月球車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年起開始載人月球車研制工作，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（圖1），車體傾角可調(diào)和具有蠕動(dòng)行駛功能的四輪車（圖2），最終將中華文明和傳統(tǒng)文化融入載人月球車的設(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。在中國古代傳說中，望舒是為月亮駕車的女神，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”的詩句。而“輦”是我國古代交通工具，中國使用車輛的歷史可追溯至夏朝的奚仲造車。該命名不僅很好地貼合了月球車的內(nèi)涵，更寄托了華夏兒女世代之夢想。在月球車的整體構(gòu)型方面，設(shè)計(jì)靈感來自于秦始皇兵馬俑出土的銅車馬的關(guān)鍵元素（圖3）。以一對大尺度車輪來突出“輦”的關(guān)鍵特征，以圓形穹窿華蓋凸顯車的華麗與尊貴，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哲學(xué)思想的深邃，還在大車輪轂上應(yīng)用了“來氏太極圖”造型。
在載人月球車的構(gòu)型方面，大尺度車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抗充氣加壓航天服變形所需要的肌肉力量，而且開闊了航天員的視野。車頂?shù)娜A蓋不僅提供了鋪設(shè)太陽能電池陣的結(jié)構(gòu)，解決了科學(xué)儀器設(shè)備長期供電的問題，并且在為航天員遮擋月晝強(qiáng)烈的陽光輻照的同時(shí)，為車上設(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，還提供了敞篷車所必須的防翻滾支架，以對航天員進(jìn)行保護(hù)。通過對月球車巧妙的折疊和展開設(shè)計(jì)，即滿足了月球車搭乘月球著陸器到月球表面而對其尺寸和重量的嚴(yán)格限制條件，還在月球車后部形成了一個(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)用于月球車的行駛控制，解決了當(dāng)月球車若干車輪出現(xiàn)故障后的行駛控制問題。形成的車輛集中-分散控制理論、方法和技術(shù)可以移植到地面電動(dòng)車的控制上，賦予電動(dòng)車更靈活的轉(zhuǎn)向能力，解決高速轉(zhuǎn)彎和濕滑路面高速行駛時(shí)的車輛穩(wěn)定性問題。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了載人月球車的人-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輛的駕駛上來，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)受限的問題，同時(shí)也為了提高駕駛的可靠性，專門設(shè)計(jì)了可以將前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向和剎車動(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輛上來，實(shí)現(xiàn)主副共駕。
在研制方案的形成過程中，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。合作單位是中國航天科工集團(tuán)所屬三江集團(tuán)，三江集團(tuán)承擔(dān)了車輛驅(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)的四輪車設(shè)計(jì)方案
圖2：清華大學(xué)的車體角度可調(diào)與可以蠕動(dòng)行駛四輪車設(shè)計(jì)方案
圖3：秦始皇兵馬俑出土的銅車馬，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
（轉(zhuǎn)自：清華新聞網(wǎng)）
