上文書講到蘇聯(lián)人的月球16號終于實現(xiàn)了在月球上著陸，然后取樣返回，盡管取樣有點少，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。美蘇兩國那時候還是有這個胸懷的。

蘇聯(lián)人當(dāng)時對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啦？不行，現(xiàn)在即便是擱置登月，也不意味著未來不會重啟啊。所以，下一枚探測器月球17號的目標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號探測器本質(zhì)上就是一輛月球車和攜帶月球車降落的底座。這兩個東西結(jié)合起來起碼有5.7噸重，只能用質(zhì)子號運載火箭發(fā)射。月球車本身的重量達到了756公斤重。這是一個相當(dāng)大的月球車。我們的玉兔號是個相當(dāng)小巧的月球車，總重量只有140公斤，比當(dāng)年蘇聯(lián)的這個月球車1號要小多了。蘇聯(lián)人一向是傻大黑粗不講究。其實拉沃契金設(shè)計局在設(shè)計這輛月球車的時候還是蠻精巧的。

當(dāng)時拉沃契金設(shè)計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，他們對履帶車輛的設(shè)計很有經(jīng)驗，履帶的越野能力顯然非常強，但是對能量的利用率就太低了，說白了就是太費電，充一次電走不了多遠。采用跳躍這種形式吧，當(dāng)時的技術(shù)是達不到的。據(jù)說嫦娥7號探測器倒是可以攜帶一個機器狗上月球，到時候我們就可以看到機器狗在月球上亂蹦，不過這也是未來的事情。這還早著呢。

所以當(dāng)時蘇聯(lián)工程師們只能選擇輪式方案。但是你到底給這個探測器做幾個輪子呢？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，這個月球車主體外形像個圓型的浴缸，直徑大概是2.2米。高度1.92米，體積是真不小。下邊有8個輪子，一邊4個，分左右兩排，每個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個輪子每個都有獨立的電動機控制。只要這左右兩邊各有一個輪子電動機能工作，這個小車就能走。

月球車1號的第9個輪子

這個小車的輪子不帶轉(zhuǎn)向機構(gòu)，只能靠兩邊輪子的差速來拐彎。這樣比較省事。因為驅(qū)動輪有可能會發(fā)生打滑，也就是說輪子在轉(zhuǎn)，但是車子并沒有挪動。蘇聯(lián)人為了精確計算這個月球車到底走了多少里程，他們在月球車肚子底下裝了第9個輪子，這第9個輪子很小，沒有驅(qū)動能力。這個輪子就是專門用來測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，中間還有一行很細很細的車轍印，那就是第9個輪子留下的痕跡。

月球車1號的車轍印

為什么這個探測器要設(shè)計成一個大浴缸的外觀呢，其實就是為了把探測器做成一個封閉型的罐子，這個罐子里面是加了氮氣的。罐子內(nèi)部維持一個大氣壓的壓力，這樣的話，所有的儀器就可以保持和地面上類似的環(huán)境。這個罐子內(nèi)部裝有同位素?zé)嵩?，利用放射性元素的衰變來產(chǎn)生熱量，保證這個探測器在度過月球夜晚的時候不會被凍死。

這個全封閉的罐子的頂上多加了一層活動頂蓋，這個蓋子可以打開，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器的外表，否則就沒法工作了。首先蘇聯(lián)人在這個探測器上裝了兩個電視攝像頭，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臺全景相機，不拍照打卡，那干啥來了呢，對吧。

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量地月之間的距離。精確度到達了20~30厘米，對于38萬公里這么長的距離，能達到這個精確度已經(jīng)是很不錯的成績了。蘇聯(lián)從克里米亞的天文臺，用一臺口徑2.5米的天文望遠鏡進行觀測，獲得了比較精確的數(shù)據(jù)。法國人和美國人也做了測試，但是沒成功。

這個角反器只能在月球的夜晚工作。因為白天溫度太高，這個角反器因為熱脹冷縮會變形。你這里稍微變形一點點，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。望遠鏡就很難接收到反射回來的光子。

月球車1號的位置

這個角反射器純粹是個光學(xué)儀器，不需要用電也不會有什么損耗。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，他們發(fā)現(xiàn)那個角反器還是閃閃發(fā)光。很容易用激光束跟蹤這個月球車的位置。

蘇聯(lián)人還設(shè)想在月球上建立天文臺。所以這個月球車1號還攜帶了一個X射線望遠鏡，可以對太空進行X射線觀測。還帶了輻射探測器和土壤貫入儀。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，這個月球17號探測器順利發(fā)射，也按照計劃，開反推降落在了月球的表面的雨海地區(qū)。這個探測器主要就是一個底座，裝了幾個燃料罐和反推火箭發(fā)動機，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長的滑行坡道，這樣的設(shè)計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，這個月球車的自動化程度很低，必須全靠人類在地面上遠程遙控，所以無線通信是必不可少的。首先它必須有個全向天線，用這個天線可以很容易和地面建立通信聯(lián)系，但缺點是通信速度太低，而且信號太弱。

定向天線和超窄波束天線

所以，月球車1號還得有一個定向天線，這個定向天線長的有點像蚊香。這個天線的方向性比較強，所以信號也就比較強，可以和地面建立快速通信。當(dāng)然，探測器還有一個長得像大號彈簧的棒狀天線。這個天線的波束特別窄，指向性特別強，可以完成和地面之間的高速通信。但是恰恰是因為這個天線的波束實在太窄了，要對準地球上的測控站必須非常精確，你稍微歪一點信號就收不到了。這就對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，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，地面上就必須隨時有兩個人來操控這個月球車。一個負責(zé)開車，一個負責(zé)對著天線。正因為地球和月亮之間的距離太遠，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。這可不得慎重嘛。這事兒實際上是個體力活。一點都不輕松。

月球車1號的地面控制系統(tǒng)

月球上一個白天，相當(dāng)于地球上半個月。為了不浪費寶貴的陽光，地面操控人員必須三班倒的監(jiān)控月球車的行動。本來拉沃契金設(shè)計局預(yù)計這家伙能在月球上工作3個月，實際上工作了10個多月。算是遠遠超額完成任務(wù)了。月球車1號走的最遠的一天是走了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度在三個小時之內(nèi)就降到了-100度。好在月球車1號自己帶了放射性熱源，所以這家伙不會被凍死。

但是，放射性衰變是會不斷衰減的。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年是個足夠長的時間段。

所以放射性熱源選用哪種材料是有講究的。半衰期長，那就說明衰變可以長期比較穩(wěn)定的進行，熱量可以穩(wěn)定輸出。但是，功率密度往往比較低。因為衰變發(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，或者急劇減速的時候會釋放出X射線和伽馬射線。這東西穿透力強，會影響別的儀器工作，必須加強屏蔽。當(dāng)然，要是釋放出中子，也是個麻煩事，中子會導(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專門的反應(yīng)堆來制造。目前也只有俄國人還在造這個東西。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。缺點就是壽命太短了，衰減太快。

镅241的半衰期達到了432年，你要是打算小功率長時間提供能量，這個東西比較合適。這東西也是核電站的副產(chǎn)品，屏蔽比钚238稍微厚點。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)年旅行者號用的就是這個東西。輸出功率每年下降0.787%，到明年為止，旅行者號會因為能源不足而無法正常工作。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，對吧。

橡樹嶺國家實驗室

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，俄國人是肯定不會賣的。所以沒有辦法，美國人只能重新啟動了田納西州橡樹嶺國家實驗室的生產(chǎn)裝置，重新生產(chǎn)了一點钚238。目前應(yīng)該是勉強夠用吧。如果不生產(chǎn)的話，后邊那么多深空探測器就沒得用了。

我們扯遠了，還是扯回正題。月球車1號在月亮表面溜達了10個多月。一共332個地球日。等到放射性同位素消耗殆盡，這個探測器也就壽終正寢了。月球車1號在月面上一共行走了10.54公里?？疾炝?萬平方米的區(qū)域，測定了500多個月壤表面的物理力學(xué)特征，分析了25個地點的月壤化學(xué)參數(shù)，拍攝了2萬多張月球表面的照片和200多張全景圖。

月球車1號的行駛軌跡

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號輕多了。對了，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。

正因為蘇聯(lián)人的探測器比較大，動力也比較充足。所以才能在10個多月時間里溜達了那么遠。這個探測器也變得標準化了，日后的蘇聯(lián)月球車，基本上都是長得差不多。

轉(zhuǎn)過年來的1971年，又一個火星窗口期到來了。美國和蘇聯(lián)肯定也都不會放過這個窗口期。蘇聯(lián)會發(fā)射火星2號和3號，美國人會發(fā)射水手8號和9號。5月9號美國人先發(fā)射了水手8號，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，蘇聯(lián)發(fā)射了一顆探測器，結(jié)果沒能離開近地軌道，最后獲得的編號是宇宙419號。

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

水手9號探測器

水手8號和9號是同一個型號，外觀長得都一樣。都是一個8邊形的盒子。伸出4片太陽能電池板。外帶一個1.4米長的拉桿天線和一個拋物面天線。8邊型盒子的中心是發(fā)動機，進入環(huán)繞火星軌道，被火星的引力捕獲，就得靠這個發(fā)動機來踩剎車才行。

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

數(shù)據(jù)存儲在一個磁帶記錄儀上。磁帶總長度是168米，可以錄下8個軌道。存儲速度達到132kbit/s。和現(xiàn)在的電腦沒法比，不過在當(dāng)時也算是不錯的配置了。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號抵達火星。水手9號的引擎點火15分23秒，進行了剎車，水手9號順利的被火星引力捕獲，成為第一個被地球外行星捕獲的人造天體。水手9號12小時34分鐘就可以繞著火星轉(zhuǎn)一圈。第二天，水手9號的引擎又開了6秒鐘。軌道周期縮短到了不到12小時。

水手9號相比于以前的火星探測器是一個質(zhì)的飛躍，因為以前的探測器無法實現(xiàn)剎車，無法長時間繞著火星轉(zhuǎn)圈圈，只能一槍頭買賣飛掠而過，能拍攝的照片就比較少。無法長時間的研究?，F(xiàn)在實現(xiàn)環(huán)繞火星運行，那就可以好好的仔細觀察一下火星了。

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號準備開始對火星的拍攝工作。哪知道，這一次火星一點都不配合，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節(jié)。整個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)生了一場超大規(guī)模的沙塵暴。幾乎席卷了整個火星表面，既然火星不配合，那就只能傻等了。不知道這場超級沙塵暴什么呢時候才能塵埃落定。

等來等去，過了兩個多月，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號馬上就正式開始了拍攝工作。這一次水手9號帶來的震撼遠遠超過了以前所有的火星探測器。有關(guān)這檔子事兒，我們下回再說。