上文書講到蘇聯(lián)人的月球16號(hào)終于實(shí)現(xiàn)了在月球上著陸，然后取樣返回，盡管取樣有點(diǎn)少，只有100克出頭。不過蘇聯(lián)和美國還是各拿出3克月壤進(jìn)行了交換，畢竟科學(xué)研究還是需要交流合作。美蘇兩國那時(shí)候還是有這個(gè)胸懷的。

蘇聯(lián)人當(dāng)時(shí)對(duì)載人登月還是沒有死心，難道拿不到第一名，我們就放棄載人登月嗎？那前邊花的那些功夫豈不是白費(fèi)啦？不行，現(xiàn)在即便是擱置登月，也不意味著未來不會(huì)重啟啊。所以，下一枚探測(cè)器月球17號(hào)的目標(biāo)就定為把一輛年月球車發(fā)送到月球表面，小車行駛范圍要比固定的著陸器大多了。而且可以在月亮上轉(zhuǎn)悠好幾個(gè)月，不像美國人載人登月，上去3天就得打道回府。

所以，月球17號(hào)探測(cè)器本質(zhì)上就是一輛月球車和攜帶月球車降落的底座。這兩個(gè)東西結(jié)合起來起碼有5.7噸重，只能用質(zhì)子號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射。月球車本身的重量達(dá)到了756公斤重。這是一個(gè)相當(dāng)大的月球車。我們的玉兔號(hào)是個(gè)相當(dāng)小巧的月球車，總重量只有140公斤，比當(dāng)年蘇聯(lián)的這個(gè)月球車1號(hào)要小多了。蘇聯(lián)人一向是傻大黑粗不講究。其實(shí)拉沃契金設(shè)計(jì)局在設(shè)計(jì)這輛月球車的時(shí)候還是蠻精巧的。

當(dāng)時(shí)拉沃契金設(shè)計(jì)局的工程師們考慮過履帶式，輪式甚至跳躍式等各種各樣的方案。蘇聯(lián)人的坦克很不錯(cuò)，他們對(duì)履帶車輛的設(shè)計(jì)很有經(jīng)驗(yàn)，履帶的越野能力顯然非常強(qiáng)，但是對(duì)能量的利用率就太低了，說白了就是太費(fèi)電，充一次電走不了多遠(yuǎn)。采用跳躍這種形式吧，當(dāng)時(shí)的技術(shù)是達(dá)不到的。據(jù)說嫦娥7號(hào)探測(cè)器倒是可以攜帶一個(gè)機(jī)器狗上月球，到時(shí)候我們就可以看到機(jī)器狗在月球上亂蹦，不過這也是未來的事情。這還早著呢。

所以當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)工程師們只能選擇輪式方案。但是你到底給這個(gè)探測(cè)器做幾個(gè)輪子呢？他們分別提出了4輪6輪8輪等等不同的方案，最后他們選擇了8輪方案。

首先，這個(gè)月球車主體外形像個(gè)圓型的浴缸，直徑大概是2.2米。高度1.92米，體積是真不小。下邊有8個(gè)輪子，一邊4個(gè)，分左右兩排，每個(gè)輪子都是金屬籠子的結(jié)構(gòu)，直徑51厘米，這樣可以最大限度的減輕重量。這8個(gè)輪子每個(gè)都有獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)控制。只要這左右兩邊各有一個(gè)輪子電動(dòng)機(jī)能工作，這個(gè)小車就能走。

月球車1號(hào)的第9個(gè)輪子

這個(gè)小車的輪子不帶轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，只能靠?jī)蛇呡喿拥牟钏賮砉諒?。這樣比較省事。因?yàn)轵?qū)動(dòng)輪有可能會(huì)發(fā)生打滑，也就是說輪子在轉(zhuǎn)，但是車子并沒有挪動(dòng)。蘇聯(lián)人為了精確計(jì)算這個(gè)月球車到底走了多少里程，他們?cè)谠虑蜍嚩亲拥紫卵b了第9個(gè)輪子，這第9個(gè)輪子很小，沒有驅(qū)動(dòng)能力。這個(gè)輪子就是專門用來測(cè)量月球車的行駛距離和方向的。從后來拍攝的照片上看，兩邊兩排車轍印，中間還有一行很細(xì)很細(xì)的車轍印，那就是第9個(gè)輪子留下的痕跡。

月球車1號(hào)的車轍印

為什么這個(gè)探測(cè)器要設(shè)計(jì)成一個(gè)大浴缸的外觀呢，其實(shí)就是為了把探測(cè)器做成一個(gè)封閉型的罐子，這個(gè)罐子里面是加了氮?dú)獾?。罐子?nèi)部維持一個(gè)大氣壓的壓力，這樣的話，所有的儀器就可以保持和地面上類似的環(huán)境。這個(gè)罐子內(nèi)部裝有同位素?zé)嵩矗梅派湫栽氐乃プ儊懋a(chǎn)生熱量，保證這個(gè)探測(cè)器在度過月球夜晚的時(shí)候不會(huì)被凍死。

這個(gè)全封閉的罐子的頂上多加了一層活動(dòng)頂蓋，這個(gè)蓋子可以打開，蓋子內(nèi)側(cè)是太陽能電池板，如果到了月球的夜晚，這個(gè)蓋子蓋上以后還可以加厚保溫層。當(dāng)然有一些儀器必須裝在探測(cè)器的外表，否則就沒法工作了。首先蘇聯(lián)人在這個(gè)探測(cè)器上裝了兩個(gè)電視攝像頭，這就相當(dāng)于月球車的眼睛。地面遙控人員必須靠這一對(duì)眼睛看到的景物來決定往哪邊走。當(dāng)然，蘇聯(lián)人還裝了4臺(tái)全景相機(jī)，不拍照打卡，那干啥來了呢，對(duì)吧。

角反器模型

另外，蘇聯(lián)從法國一家公司訂購了一套水晶打磨的角反射器，可以從地面發(fā)射激光束，經(jīng)過角反射器的反射，返回地球，這樣可就可以精確測(cè)量地月之間的距離。精確度到達(dá)了20~30厘米，對(duì)于38萬公里這么長(zhǎng)的距離，能達(dá)到這個(gè)精確度已經(jīng)是很不錯(cuò)的成績(jī)了。蘇聯(lián)從克里米亞的天文臺(tái)，用一臺(tái)口徑2.5米的天文望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)，獲得了比較精確的數(shù)據(jù)。法國人和美國人也做了測(cè)試，但是沒成功。

這個(gè)角反器只能在月球的夜晚工作。因?yàn)榘滋鞙囟忍?，這個(gè)角反器因?yàn)闊崦浝淇s會(huì)變形。你這里稍微變形一點(diǎn)點(diǎn)，反射回去的光束在38萬公里的距離上產(chǎn)生的偏差就大了去了。望遠(yuǎn)鏡就很難接收到反射回來的光子。

月球車1號(hào)的位置

這個(gè)角反射器純粹是個(gè)光學(xué)儀器，不需要用電也不會(huì)有什么損耗。所以在多年之后的2010年，美國的月球衛(wèi)星找到了早就停止工作的月球車1號(hào)，他們發(fā)現(xiàn)那個(gè)角反器還是閃閃發(fā)光。很容易用激光束跟蹤這個(gè)月球車的位置。

蘇聯(lián)人還設(shè)想在月球上建立天文臺(tái)。所以這個(gè)月球車1號(hào)還攜帶了一個(gè)X射線望遠(yuǎn)鏡，可以對(duì)太空進(jìn)行X射線觀測(cè)。還帶了輻射探測(cè)器和土壤貫入儀。所謂的“貫入儀”，就是拿鐵棍往土里捅一捅，看看能捅到多深。

1970年11月10號(hào)，這個(gè)月球17號(hào)探測(cè)器順利發(fā)射，也按照計(jì)劃，開反推降落在了月球的表面的雨海地區(qū)。這個(gè)探測(cè)器主要就是一個(gè)底座，裝了幾個(gè)燃料罐和反推火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，顯得扁塌塌的，頂上頂著這輛和月球車。然后底座放下兩條長(zhǎng)長(zhǎng)的滑行坡道，這樣的設(shè)計(jì)是不確定降落的地形，萬一一邊坡道頂著一塊大石頭呢？那就走另外一邊唄。總之，這輛車在地面人員的遙控之下，慢慢開下了坡，來到了月球表面上。

當(dāng)然了，這個(gè)月球車的自動(dòng)化程度很低，必須全靠人類在地面上遠(yuǎn)程遙控，所以無線通信是必不可少的。首先它必須有個(gè)全向天線，用這個(gè)天線可以很容易和地面建立通信聯(lián)系，但缺點(diǎn)是通信速度太低，而且信號(hào)太弱。

定向天線和超窄波束天線

所以，月球車1號(hào)還得有一個(gè)定向天線，這個(gè)定向天線長(zhǎng)的有點(diǎn)像蚊香。這個(gè)天線的方向性比較強(qiáng)，所以信號(hào)也就比較強(qiáng)，可以和地面建立快速通信。當(dāng)然，探測(cè)器還有一個(gè)長(zhǎng)得像大號(hào)彈簧的棒狀天線。這個(gè)天線的波束特別窄，指向性特別強(qiáng)，可以完成和地面之間的高速通信。但是恰恰是因?yàn)檫@個(gè)天線的波束實(shí)在太窄了，要對(duì)準(zhǔn)地球上的測(cè)控站必須非常精確，你稍微歪一點(diǎn)信號(hào)就收不到了。這就對(duì)地面的遙控人員提出了很高的要求。

月球上太陽出來了，那么月球車就可以開始到處溜達(dá)，月球上的黑夜，月球車就必須趴窩休息了。只要是月球車在行走，地面上就必須隨時(shí)有兩個(gè)人來操控這個(gè)月球車。一個(gè)負(fù)責(zé)開車，一個(gè)負(fù)責(zé)對(duì)著天線。正因?yàn)榈厍蚝驮铝林g的距離太遠(yuǎn)，無線電通信有延遲，所以他們不可能像打游戲那樣那么爽。他們每走一步都是小心翼翼的，必須謀劃很久。天線稍微一歪就丟信號(hào)。這可不得慎重嘛。這事兒實(shí)際上是個(gè)體力活。一點(diǎn)都不輕松。

月球車1號(hào)的地面控制系統(tǒng)

月球上一個(gè)白天，相當(dāng)于地球上半個(gè)月。為了不浪費(fèi)寶貴的陽光，地面操控人員必須三班倒的監(jiān)控月球車的行動(dòng)。本來拉沃契金設(shè)計(jì)局預(yù)計(jì)這家伙能在月球上工作3個(gè)月，實(shí)際上工作了10個(gè)多月。算是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超額完成任務(wù)了。月球車1號(hào)走的最遠(yuǎn)的一天是走了2公里。而且還經(jīng)歷了一次日食，地球恰好擋住了太陽，月球表面的溫度從130度在三個(gè)小時(shí)之內(nèi)就降到了-100度。好在月球車1號(hào)自己帶了放射性熱源，所以這家伙不會(huì)被凍死。

但是，放射性衰變是會(huì)不斷衰減的。核材料一邊衰變，一邊放出熱量。比如常用的钚238的半衰期是87.7年。也就是說，每過87.7年，就會(huì)用掉一半的钚。熱量輸出當(dāng)然也就大大的降低了。好在87.7年是個(gè)足夠長(zhǎng)的時(shí)間段。

所以放射性熱源選用哪種材料是有講究的。半衰期長(zhǎng)，那就說明衰變可以長(zhǎng)期比較穩(wěn)定的進(jìn)行，熱量可以穩(wěn)定輸出。但是，功率密度往往比較低。因?yàn)樗プ儼l(fā)生太慢，要輸出足夠的熱量，就需要一大坨放射性物質(zhì)。這東西死老沉的。放在短期使用的航天器上不太合適。

另外，放射性衰變分三種，alpha衰變會(huì)釋放出alpha射線，也就是氦的原子核，這東西容易擋住，幾毫米的鉛就足夠擋住了。beta衰變會(huì)釋放出高能電子，高能電子在撞上金屬原子，或者急劇減速的時(shí)候會(huì)釋放出X射線和伽馬射線。這東西穿透力強(qiáng)，會(huì)影響別的儀器工作，必須加強(qiáng)屏蔽。當(dāng)然，要是釋放出中子，也是個(gè)麻煩事，中子會(huì)導(dǎo)致其他物質(zhì)也變得有放射性。

二氧化钚材料用保溫的石墨毯子包裹一會(huì)兒，自身釋放的熱量就足以把自己燒紅

最常用的材料是钚238，功率密度是每克0.57瓦。輻射特別干凈，幾乎都是容易屏蔽的alpha射線。但是，钚238并不是一般性核反應(yīng)堆的副產(chǎn)品，你要想獲得這東西必須弄個(gè)專門的反應(yīng)堆來制造。目前也只有俄國人還在造這個(gè)東西。一年的產(chǎn)量也不過才1.5公斤。

鍶90的半衰期是28.8年，綜合下來，功率密度0.46瓦/克。好處是比較便宜，這是核電站的副產(chǎn)品。

釙210是一種功率密度極高的材料，半衰期僅僅138天。這東西1克就可以提供140瓦的功率。你弄上半克就可以獲得500度的高溫，而且是近乎純粹的alpha衰變，屏蔽條件比钚238還要低。缺點(diǎn)就是壽命太短了，衰減太快。

镅241的半衰期達(dá)到了432年，你要是打算小功率長(zhǎng)時(shí)間提供能量，這個(gè)東西比較合適。這東西也是核電站的副產(chǎn)品，屏蔽比钚238稍微厚點(diǎn)。功率密度只有钚238的1/4。

現(xiàn)在大多數(shù)都是用钚238，當(dāng)年旅行者號(hào)用的就是這個(gè)東西。輸出功率每年下降0.787%，到明年為止，旅行者號(hào)會(huì)因?yàn)槟茉床蛔愣鵁o法正常工作。當(dāng)然，伴隨著放射性熱源功率下降的還有熱電偶的轉(zhuǎn)換效率。電子元器件哪有不老化的呢，對(duì)吧。

橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室

從1988年開始，美國就不再生產(chǎn)钚238這種材料了，他們所有深空探測(cè)器上如果需要用到這東西，就從俄羅斯買。就沖現(xiàn)在的俄美關(guān)系，俄國人是肯定不會(huì)賣的。所以沒有辦法，美國人只能重新啟動(dòng)了田納西州橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的生產(chǎn)裝置，重新生產(chǎn)了一點(diǎn)钚238。目前應(yīng)該是勉強(qiáng)夠用吧。如果不生產(chǎn)的話，后邊那么多深空探測(cè)器就沒得用了。

我們扯遠(yuǎn)了，還是扯回正題。月球車1號(hào)在月亮表面溜達(dá)了10個(gè)多月。一共332個(gè)地球日。等到放射性同位素消耗殆盡，這個(gè)探測(cè)器也就壽終正寢了。月球車1號(hào)在月面上一共行走了10.54公里?？疾炝?萬平方米的區(qū)域，測(cè)定了500多個(gè)月壤表面的物理力學(xué)特征，分析了25個(gè)地點(diǎn)的月壤化學(xué)參數(shù)，拍攝了2萬多張?jiān)虑虮砻娴恼掌?00多張全景圖。

月球車1號(hào)的行駛軌跡

毫無疑問，蘇聯(lián)人又一次取得了成功。這是人類第1個(gè)發(fā)送到外星球的陸地行走裝置。美國人在月球上飆車是從阿波羅15號(hào)開始的，那已經(jīng)是1971年的事了。他們落在了蘇聯(lián)人的后邊。而且美國人的有人駕駛月球車重量也只有210公斤。比蘇聯(lián)人的月球車1號(hào)輕多了。對(duì)了，我國載人登月要使用的月球車，現(xiàn)在也已經(jīng)開始征名了，大家有興趣的話可以去踴躍參加。

正因?yàn)樘K聯(lián)人的探測(cè)器比較大，動(dòng)力也比較充足。所以才能在10個(gè)多月時(shí)間里溜達(dá)了那么遠(yuǎn)。這個(gè)探測(cè)器也變得標(biāo)準(zhǔn)化了，日后的蘇聯(lián)月球車，基本上都是長(zhǎng)得差不多。

轉(zhuǎn)過年來的1971年，又一個(gè)火星窗口期到來了。美國和蘇聯(lián)肯定也都不會(huì)放過這個(gè)窗口期。蘇聯(lián)會(huì)發(fā)射火星2號(hào)和3號(hào)，美國人會(huì)發(fā)射水手8號(hào)和9號(hào)。5月9號(hào)美國人先發(fā)射了水手8號(hào)，結(jié)果6分鐘以后，火箭炸了，發(fā)射徹底失敗了。蘇聯(lián)人也不順，第二天5月10號(hào)，蘇聯(lián)發(fā)射了一顆探測(cè)器，結(jié)果沒能離開近地軌道，最后獲得的編號(hào)是宇宙419號(hào)。

蘇聯(lián)的手腳比較快，迅速在5月19號(hào)和28號(hào)發(fā)射了火星2號(hào)和3號(hào)探測(cè)器。美國人在5月30號(hào)發(fā)射了水手9號(hào)。這幾顆探測(cè)器奔著火星就飛過去了。路上還得走6~7個(gè)月呢。

水手9號(hào)探測(cè)器

水手8號(hào)和9號(hào)是同一個(gè)型號(hào)，外觀長(zhǎng)得都一樣。都是一個(gè)8邊形的盒子。伸出4片太陽能電池板。外帶一個(gè)1.4米長(zhǎng)的拉桿天線和一個(gè)拋物面天線。8邊型盒子的中心是發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)入環(huán)繞火星軌道，被火星的引力捕獲，就得靠這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)來踩剎車才行。

在太陽能電池板的頂端，有4個(gè)小的氮?dú)鈬娍?，這是用來調(diào)整姿態(tài)的。航天器是通過電腦來控制，不過那個(gè)電腦的能力很差，只有512個(gè)字節(jié)的內(nèi)存。不過這個(gè)東西完成一系列的指令也足夠用了。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)磁帶記錄儀上。磁帶總長(zhǎng)度是168米，可以錄下8個(gè)軌道。存儲(chǔ)速度達(dá)到132kbit/s。和現(xiàn)在的電腦沒法比，不過在當(dāng)時(shí)也算是不錯(cuò)的配置了。起碼可以存下拍攝的照片。從火星到地球的通訊速率非常的慢，只能先拍照片，然后慢慢往地球發(fā)送。

在太空飛行了167天以后。水手9號(hào)抵達(dá)火星。水手9號(hào)的引擎點(diǎn)火15分23秒，進(jìn)行了剎車，水手9號(hào)順利的被火星引力捕獲，成為第一個(gè)被地球外行星捕獲的人造天體。水手9號(hào)12小時(shí)34分鐘就可以繞著火星轉(zhuǎn)一圈。第二天，水手9號(hào)的引擎又開了6秒鐘。軌道周期縮短到了不到12小時(shí)。

水手9號(hào)相比于以前的火星探測(cè)器是一個(gè)質(zhì)的飛躍，因?yàn)橐郧暗奶綔y(cè)器無法實(shí)現(xiàn)剎車，無法長(zhǎng)時(shí)間繞著火星轉(zhuǎn)圈圈，只能一槍頭買賣飛掠而過，能拍攝的照片就比較少。無法長(zhǎng)時(shí)間的研究?，F(xiàn)在實(shí)現(xiàn)環(huán)繞火星運(yùn)行，那就可以好好的仔細(xì)觀察一下火星了。

火星沙塵暴之上的阿斯克雷烏斯·蒙斯火山口

在經(jīng)過幾次軌道修正以后，水手9號(hào)準(zhǔn)備開始對(duì)火星的拍攝工作。哪知道，這一次火星一點(diǎn)都不配合，傳回的照片顯得非常模糊。根本看不清楚火星表面的各種細(xì)節(jié)。整個(gè)畫面上除了看到幾座高聳的火山口，似乎也沒有清晰的東西。原來是火星上發(fā)生了一場(chǎng)超大規(guī)模的沙塵暴。幾乎席卷了整個(gè)火星表面，既然火星不配合，那就只能傻等了。不知道這場(chǎng)超級(jí)沙塵暴什么呢時(shí)候才能塵埃落定。

等來等去，過了兩個(gè)多月，沙塵暴這才減弱。盡管還沒有完全消失，火星表面終于能看清了。水手9號(hào)馬上就正式開始了拍攝工作。這一次水手9號(hào)帶來的震撼遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了以前所有的火星探測(cè)器。有關(guān)這檔子事兒，我們下回再說。