月球车的速度为什么这么慢?

月球车的速度为什么这么慢?

最近,沈腾的《独行月球》火了以后,这个问题似乎是有点意思了。一、月球车真的很慢吗?沈腾的月球车速度是这样的:

虽然月球重力只有地球的六分之一,但是要飞出这个效果来,没个120km/h的速度恐怕是不行。而在人类历史上真正登月的月球车,譬如美国阿波罗用的登月车,是这个样子的。

我们中国的玉兔无人登月车,是这个样子的。

玉兔二号,速度是每小时200米,比人走的慢多了。相比之下,美国当年造的月球车还有点像车,时速能达到每小时17公里。但是,最快的月球车,也远不能和普通的汽车比速度。电影里的月球车所以跑得快,是因为它是“科幻”电影,真实的月球车就是速度很慢。二、月球车速度为什么慢?地球车和月球车虽然都叫车,但是设计取向是完全不同的,它们的工作环境差异太大。1.能量来源不同,对动力的设计要求不同。对地球上的汽车来说,如果是燃油车,到处都有加油站。如果电动车,有大功率的快充桩,30分钟充到80%大有车在。而且汽车的油箱很大,电动车的电池很多。所以,地球上的汽车,可以设计出很大的功率来。让汽车跑得很快,同时兼顾乘客的舒适、安全。在燃油车上,人类设计出往复式发动机和转子发动机,设计出多个气缸工作,曲轴带动,设计出涡轮增压,设计出燃油直喷,不断提升发动机的功率,减少燃油消耗,提升热效率。

在电动车上,人类不断研究能量密度,功率密度更高,更安全的电池来提供充沛的能量。人类也在研发效率更高的电机,提高电机的功率重量比,让更少的电跑更多的路。而在月球车的设计上,地球车上面的设计就要通通颠覆了。月球上没有加油站。所以阿波罗计划时候的月球车,完全依赖车上的银锌电池(那个年代还没有今天的锂电池),跑完了就用完了。而月球车是要用火箭发上去的,每一克都价值千金。所以,当年的月球车被设计成只有不到200公斤,这个重量还要带很多设备,电池能量就很有限了。电机也只有1马力。能跑到17km/h已经不容易了。

而到了玉兔,因为是无人车,根本就不赶时间,所以玉兔的能量来自于车身上携带的太阳能电池。太阳能这点能量要开车是很难的。即使车上还有储能电池,也无法做太大。

所以,玉兔干脆就不要速度,要持续性,休眠一段,苏醒一段,只要不坏,就能一直跑下去。2.路面环境不同,轮胎要求不同月球车与地球车的轮胎,共同的性能要求都是节省能耗。而异同点则更多:首先,在地球上,大家开车基本在铺装路面上,高等级的路面上,能安全的跑出高速度,月球尚无这样的道路条件。其次,真实的月球车行驶里程很难达到《独行月球》里的两万公里,而地球上乘用车的轮胎设计寿命往往在5年左右、至少10万公里以上,对耐磨耐用的要求更高。另外,不同于轻盈的月球车,乘用车的整备质量突破1.5吨比较常见,而一些电动SUV更是超过了2吨,对轮胎载荷能力的要求也比较高。

为了满足这些需求,地球上乘用车的轮胎研发,也是绞尽脑汁,甚至加了buff。譬如为了静音。大多数品牌往往会用软一点的胎面配方,放弃耐磨换取静音。而少数品牌,譬如雷神轮胎,则使用了全新的TORDNER Silentium 技术,这是继胎面配方优化、花纹优化之后,提升轮胎静音性能的第3条路径。其原理是给轮胎里面加上一层厚厚的高分子复合材料——聚氨酯静音棉,用来阻隔噪音。巧合的是,这种聚氨酯合成材料,有着隔热、隔音、抑震等特性,恰恰也用在飞航领域,譬如飞机的座椅,也会采用这种材质。为轮胎加上隔音棉,看似容易,实则困难。因为轮胎要面临的是长达5年左右的设计寿命,以及动辄零下的外部气温和最高110 C以上的轮胎工作温度。这层高分子复合材料要始终附着在轮胎上,必须用到特制的粘合剂,其始终需要保持类似口香糖那种,粘而不脱的状态。

得益于这一层静音技术的buff,雷神轮胎的其他性能指标不用为静音这一点让路,拥有了更强的综合性能。通过计算机计算模拟设计出5频花纹块设计,一方面继续降噪,这种设计能够打破单一的噪音频率,做到“主动降噪”;另一方面则是降低滚动阻力,相比其他产品,在同样能耗情况下,跑得更远。值得一提的还有两方面性能:其DOT标准耐磨指数达到了520,意味着绕月球跑20圈,都不在话下,而目前市面上诸多外资大牌的静音轮胎产品,耐磨指数只有400以内。雷神轮胎全系大部分产品的载荷能力,都突破了2500kg,意味着可以在地球上承载诸如蔚来ES8、特斯拉Model X这种电动巨无霸,而在月球上,理论上来说雷神轮胎可以轻松承载这款拖头:

当然,阻碍月球车用上加了buff的地球车轮胎,主要还是外部环境问题。在月球,不仅坑洼不平,还有大大小小的陨石坑。月球重力只有地球的六分之一,一旦颠簸,就飞起来了。同时,月球表面高温从零下180度到到零上127度,温度条件极其恶劣。所以,地球上的汽车轮胎,到了月球上会立即完蛋。

因此,早期的月球车的轮胎是镀锌的手工编织钢丝网轮胎,内部有特殊的充气橡胶作为内胎。这种轮胎既可以提升抓地力,解决六分之一重力下行驶的问题,又不容易附着月球灰尘。

玉兔二号用的是铝制轮胎,道理和当年美国人月球车异曲同工。但你让这种轮胎,飙上120公里时速,那基本是不可能了。所以,月球车跑不快,首先是能源不够,动力不行。其次是轮胎不匹配,月球车为了抓地力、稳定性、和通过性,根本就跑不快。而最新的中国载人月球车模型展示的轮胎,跟地球车轮胎造型无限接近,看看相关人员的回答,就更有意思了:

三、未来能在月球上极品飞车吗?像电影里面的月球飙车看起来很酷炫。其实背后是需要大量未来科技的,我用《独行月球》的科幻思路展开,至少有3重困难:首先,得把能量来源解决了。太阳能源源不断,你还要有储存的电池啊。在零下180度到零上127度能正常工作的大容量电池得能造出来才行。有这个电池,加上大功率电机能有动力来源了。其次,得把轮胎问题解决了。还是在零下180度到零上127度,能在月球坑坑洼洼都是陨石坑,月球尘土的表面飙车的轮胎,目前好像还没有。普通橡胶肯定不行。金属材料跑高速度,能不能把月球车颠散了架都难说。可能需要新材料,才能在月球的恶劣环境下飙出高速。第三,得有钱。一辆能高速飙车的月球车,即使有黑科技解决了动力和轮胎,重量也一定不会轻。而发射一克是一克的钱。你造一个三吨的月球车。发射到月球,这个成本非常高。

更何况,我们需要在月球上造出平整的路面。当然,梦想总是有的。

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