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“升级”月球车 00后大学生提出月球跳跃探测方案

发稿时间:2025-06-19 10:27:00 来源: 中国青年报客户端

  中青报·中青网记者 孙海华

  从嫦娥奔月的浪漫幻想,到嫦娥六号任务月背采样返回的现实壮举,中国人对月球的追逐探索从未停歇。在我国推进探月工程四期、迈向月球科研站建设的背景下,一支来自西北工业大学(以下简称西工大)的00后大学生团队,以青春智慧和过硬技术,提出月球跳跃探测方案。

  团队成员与子母式异构探测集群样机合影。受访团队供图

  “从第一次看到火箭升空,我就梦想着能加入太空探索的伟大事业,将中国人的足迹和智慧印在广袤的月球上。”项目负责人、西工大航空宇航科学与技术专业学生欧阳辰昊说。在西工大“总师育人文化”和浓厚的三航(航空、航天、航海)底蕴熏陶下,欧阳辰昊周围聚集起一支对空天科技与月球探索兴趣浓厚的队伍。

  团队成员商讨集群规划算法设计方案。西北工业大学供图

  团队成员来自机械、自动化等不同专业,却因共同的飞天揽月之梦紧密凝聚。当了解到中国探月工程的下一步,是要在地形复杂的月球南极建立科研站,欧阳辰昊和团队敏锐地意识到,传统的月球车无法满足当下的探测需求——“松软的月壤、非结构化的地形、遍布的陨石坑和碎石,将极大制约探测效率与选址自由度。”欧阳辰昊解释。

  考虑到月球重力仅为地球的六分之一,一个大胆的构想在他们心中萌发:能否跳出传统思维,赋予探测器“飞跃”能力?

  “跳跃”一词看似简单,实现起来却困难重重:采用什么样的驱动方式?如何保证探测器在着陆时不会因冲击而损坏?如何在极端温差环境下,保持驱动系统的可靠性?每一个问题都需要团队反复论证和实验。

  模拟月面上的气动爬/跳软体机器人。受访团队供图

  团队成员扎根实验室,在无数次失败与重来中不断前行。他们反复钻研,凭着一股不服输的韧劲儿,攻克了从结构设计到控制算法的道道难关。历经上百次迭代优化,解决了从“跳不起”到“跳不稳”“跳不高”的问题,终于成功研制出能在模拟月面环境下连续稳定跳跃、跨越复杂地形障碍的新型探测器。

  他们从猎豹弹跳、尺蠖爬行等自然运动中汲取灵感,在刚性主梁两侧部署气动软体驱动器,设计了一种刚柔耦合的气动爬/跳软体机器人——这样的构造,采用双稳态设计,刚柔耦合的结构可以爆发式发力,实现跳跃。

  模拟月面上的子母式异构集群。受访团队供图

  “在月球的低重力环境下,跳跃能力赋予了其强大的越障能力。”欧阳辰昊介绍,通过驱动不同的软体执行器,无须结构变化便可实现爬、跳运动切换,不再需要复杂的电机、减速器。“这样极致简单的运动机构,显著提升了系统的可靠性。”

  传统的电机在真空中散热困难,容易“发烧”罢工。这群年轻人利用压缩气体作为动力源,有效规避了传统驱动方式的“发热罢工”风险。

  “我们的方案,不仅是单个探测器的创新,还提出了一套子母式异构集群,最大程度发挥出探测器的性能。”团队成员张延自豪地告诉记者:这一方案,由一台大型“母车”和多个“子体”——气动软体机器人构成。母车是移动基地和指挥中心,负责能源补给、数据中继和子体的长距离投送与回收;子体机器人则如尖兵一般,深入复杂地带执行勘探任务。这种“大小结合,远近协同”的设计理念,不仅提高了探测效率,也为未来月球科研站的建设和运营提供了新的可能。

  团队在模拟月面调试样机机械臂。西北工业大学供图

  选择创新就是选择挑战,经历了从理论设计到样机制作的反复试验,团队成员发现:实验室的成功只是起点,真正的考验还在应用。

  “我们的征途是星辰大海,月球是通往深空的第一步。”欧阳辰昊说。这支来自西工大航天学院的学生科研团队,在郑子轩、宁昕、岳晓奎老师指导下,获得陕西省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖的佳绩。

  未来,团队将继续深耕深空探测领域,一步一个脚印,努力将奇思妙想淬炼为工程可行的“硬核”科技。

责任编辑:孙海华