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专家信息 科学研究 论文专著 媒体采访

专家信息

刘暾,男1932年10 月出生,哈尔滨工业大学航天工程与力学系教授、博士生导师。

毕业于哈尔滨工业大学。曾任哈尔滨工业大学自动飞行动力学研究室主任、空间飞器设计教研室主任、博士生导师。现为中国空间科学学会理事、摩擦学学会理事气体润滑专业委员会主任、中国宇航学会及自动化学会空间运动体控制专业委员会委员、俄罗斯宇航科学院外国院士。AIAA高级会员、全国气体润滑专业委员会主任。参与“神舟五号”飞船设计,是中国“嫦娥”登月计划子课题的负责人。

科学研究

研究方向:

主要从事航天器动力学和控制、高精度气体轴承、气体润滑等项目的研究,月球探测车及高速气体轴承。

科研成果:

飞行器动力学和控制。重点研究挠性空间飞行器动力学与控制。他曾担任过我国“东方红三号”“资源一号”“神舟号”,载人飞船和其他带有太阳帆板卫星的姿态动力学及控制研究。这项研究运用于神舟号飞船的核验中。在气体润滑方面。刘暾在20世纪70年代中,把有限元技术引入气体润滑,解决了静压轴承节流孔处流场断续的计算问题。

气体轴承的缺点是刚度和承载能力低,他研究提出了利用压力正反馈,使静压体轴承刚度大幅度提高(可达无穷大)的自主轴承;还提出了利用气体轴承承载,用磁轴承和自动控制系统对运动误差加以补偿的混合超高精度轴系。目前的工作,集中在高速大载荷动静压气体和深冷液体轴承、小孔节流气体轴承的气锤自激和抑制方面。

双轴陀螺漂移测试台研制获国防科工委一等奖、国家二等奖;东方红三号卫星姿态动力学研究,获航天部二等奖;气体润滑研究获航天部二等奖;神州号飞船太阳帆板动力学研究,获航天部三等奖;资源一号卫星姿态控制及动力学研究,获航天部三等奖;反舰导弹扇面发射研究,获航天部三等奖;空地防辐射导弹抗机措施研究,获航天部三等奖。

论文专著

著有《空间飞行器轨道和姿态动力学》、《静压气体润滑》等,发表论文近百篇。

1. 一种提高静压气体轴承刚度方法的初步分析——自主式气体轴承 刘暾 齐乃明 第五届全国摩擦学学术会议 发表时间:1992-09-01

2. 气体静压球轴承的计算 刘暾 刘育华 光学精密工程 1981年 第06期

3. 气体静压轴承的有限元数值解法 刘暾 刘育华 史小文 光学精密工程 1984年 第02期

4. 气体静压轴承有限元计算方法中的收敛问题 刘育华 刘暾 哈尔滨工业大学学报 1985年 第A6 期

5. 挠性卫星动力学及姿态控制模型的建立 刘暾 杨大明 哈尔滨工业大学学报 1985年 第A8期

6. 蒙特卡洛法用于导弹的计算机打靶 张为平 刘育华 刘暾 哈尔滨工业大学学报 1985年 第A8 期

7. 薄板反馈在气体静压轴承中的作用 刘暾 刘育华 李佳玉 机床与液压 1987年 第01期

8. 表面节流静压气体止推轴承的有限元计算方法 张凤仪 史小文 刘育华 刘暾 光学精密工程 1988年 第06期

9. 带挠性附件卫星的模型化及截断 刘暾 杨大明 宇航学报 1989年 第04期

10. 柔性空间机械臂动力学模型 刘暾 杨大明 航天控制 1990年 第02期

11. 反雷达导弹惯性末制导基准轴误差的修正 刘育华 崔乃刚 刘暾 航天控制 1991年 第01期

12. 空地反辐射导弹发射方式的研究 刘育华 崔乃刚 刘暾 航天控制 1992年 第04期

13. 柔性空间飞行器的振动抑止控制 刘暾 常亚武 杨大明 航天控制 1992年 第02期

14. 具有抗雷达关机能力的反辐射导弹全弹道仿真计算 刘育华 崔乃刚 刘暾 哈尔滨工业大学学报 1993年 第01期

15. 某型反辐射导弹弹载信号处理与制导计算机的研究 刘育华 崔乃刚 刘暾 田鸿堂 航天控制 1993年 第03期

16. 用于修正反辐射导弹惯导轴指向误差的几何法 崔乃刚 刘暾 刘育华 哈尔滨工业大学学报 1994年 第02期

17. 用于导弹系统性能统计分析的统计线性化伴随法 刘育华 林晓辉 刘暾 崔乃刚 宇航学报 1994年 第03期

18. 带弹性节流器气体轴承实现高刚度的机理分析 齐乃明 崔乃刚 刘暾 航空兵器 1994年 第06 期

19. 一种用于反辐射导弹的惯导轴指向误差的修正方法 刘育华 崔乃刚 刘暾 哈尔滨工业大学学报 1995年 第02期

20. 三轴精密测试合气浮轴系角刚度数值计算分析 齐乃明 刘暾 李中郢哈尔滨工业大学学报 1995 年 第03期

21. Analysis of Improvement in the Stiffness of Externally Pressurized Gas Thrust  Bearing 齐乃明 刘暾
       王洪杰 哈尔滨工业大学学报(英文版) 1995年 第02期

22. 激光制导炸弹导引规律研究及有效投弹区的计算 崔乃刚 单永志 李景慧 刘暾 弹道学报 1996年 第03期

23. 基于椭圆轨道的绳系卫星伸展及释放过程仿真研究 崔乃刚 刘暾 林晓辉 赵辰洙 哈尔滨工业大学学报 1996年 第04期

24. 伴随理论及其在仿真中应用的研究 林晓辉 崔乃刚 刘暾 航天控制 1996年 第03期

25. 空地反辐射导弹对抗雷达关机全弹道仿真研究 刘育华 崔乃刚 刘暾 陈兰英 魏毅寅 吴宇平 宇航学报 1996年 第01期

26. 三轴气浮台单框伺服测角系统的研究 张晓友 刘暾 李季苏 宇航学报 1996年 第04期

27. 激光制导炸弹投弹篮框的计算 崔乃刚 李中郢 刘暾 航空兵器 1996年 第02期

28. 激光制导炸弹运动数学模型的建立 崔乃刚 李景慧 单永志 李中郢 刘暾 哈尔滨工业大学学报 1997年 第04期

29. Calculation of Orbital Elements for Released Tethered Satellite 崔乃刚 刘暾 刘育华 齐乃明 哈尔滨工业大学学报
       (英文版) 1997年 第02期

30. 用于运动体随机运动数字仿真的SLAM方法 林晓辉 崔乃刚 刘暾 战术导弹技术 1997年 第 02期

31. 金属橡胶弹性与多孔性结合的应用实例 李中郢 齐乃明 刘暾 朱亚力 哈尔滨工业大学学报 1999年 第03期

32. 圆柱体绕横轴气动力和气动热的试验研究 刘暾 郭根深 刘长在 曹世杰 邓樱 宇航学报 1999年 第01期

33. 通过“建立月球垂线”实现月球软着陆方法研究 王劼 崔乃刚 刘暾 导弹与航天运载技术 2000年 第04期

34. 有限推力登月飞行器燃料消耗研究 王劼 崔乃刚 刘暾 周文艳 导弹与航天运载技术 2000年 第06期

35. 静压气体轴承设计支持系统的研究 齐乃明 杨国军 刘暾 润滑与密封 2000年 第01期

36. 小孔节流方式对气体静压轴承工作刚度影响的分析 李树森 刘暾 张鹏顺 润滑与密封 2000 年 第04期

37. 小推力登月飞行器轨道初步研究 王劼 崔乃刚 刘暾 飞行力学 2000年 第02期

38. 挠性负载对步进电动机驱动系统的影响 王凤鸣 苏大鹏 刘暾 机械工程师 2000年 第05期

39. 大型太阳帆板展开状态动态特性研究 关英姿 林晓晖 赵钧 刘暾 强度与环境 2000年 第03 期

40. 挠性结构的约束模态及非约束模态解法 陕晋军 关英姿 王凤鸣 刘暾 上海航天 2000年 第 05期

41. 定常幅值小推力登月飞行器轨道研究 王劼 崔乃刚 刘暾 航空学报 2001年 第01期

42. 小孔节流气体静压润滑的离散化和计算收敛 刘暾 彭春野 葛卫平 齐乃明 费源明 摩擦学学报 2001年 第02期

43. 自主式静压气体轴承实现无穷刚度的条件分析 齐乃明 刘暾 谭久彬 南京理工大学学报 2001年 第02期

44. 几何形误差对气体静压圆柱轴承运动精度的影响 李树森 刘暾 张鹏顺 润滑与密封 2001年 第03期

45. 太阳帆板驱动中堵转现象的分析 王凤鸣 刘暾 中国机械工程 2001年 第12期

46. 再谈一类挠性结构的约束及非约束模态解法 陕晋军 刘暾 齐乃明 赵宝山 中国空间科学技术 2001年 第06期

47. 应用分力合成的步进电动机驱动方案研究 王凤鸣 陕晋军 高桦 刘暾 上海航天 2001年 第03 期

48. 挠性结构的分力合成主动振动抑制方法研究 陕晋军 刘暾 上海航天 2001年 第06期

49. 应用分力合成主动振动抑制方法的最优飞行器大角度机动控制策略 陕晋军 刘暾 航空学报 2002年 第01期

50. 狭缝节流气体静压轴颈-止推轴承静态特性分析 杜建军 刘暾 姚英学 摩擦学学报 2002年 第01期

51. 超精气磁轴承混合轴系的研究 刘暾 葛卫平 齐乃明 费源明 中国机械工程 2002年 第02期

52. 挠性结构的输入成形与分力合成主动振动抑制方法研究 陕晋军 刘暾 中国机械工程 2002年 第05期

53. 步进电动机驱动挠性负载时堵转机理研究 王凤鸣 刘暾 张鹏顺 中国机械工程 2002年 第09 期

54. 应用分力合成方法改善柔性系统性能的研究 陕晋军 刘暾 系统仿真学报 2002年 第11期

55. 登月飞行器软着陆发动机持续工作初始点选择研究 王劼 李俊峰 崔乃刚 刘暾 工程力学 2003年 第06期

56. 制造误差对气体静压轴颈-止推轴承静特性影响 姚英学 杜建军 刘暾 谢大纲 哈尔滨工业大学学报 2003年 第03期

57. 制造误差对气体静压轴承涡流力矩影响分析方法研究 姚英学 杜建军 刘暾 谢大纲 航空学报 2003年 第02期

58. 狭缝节流气体静压润滑方程式的离散化和相容性条件 刘暾 杜建军 姚英学 谢大纲 机械工程学报 2003年 第01期

59. 登月飞行器软着陆轨道的遗传算法优化 王暸 李俊峰 崔乃刚 刘暾 清华大学学报(自然科学版) 2003年 第08期

60. 精密离心机静压气体轴承主轴系统的稳定性分析 李树森 刘暾 李群霞 中国机械工程 2003年 第17期

61. 应用分力合成方法提高系统性能指标的研究 陕晋军 刘暾 齐乃明 赵宝山 中国空间科学技术 2003年 第01期

62. 定常推力登月飞行器最优软着陆轨道研究 王劼 崔乃刚 刘暾 李俊峰 高技术通讯 2003年 第 04期

63. 制造误差对气体静压轴颈-止推轴承静特性影响 姚英学 杜建军 刘暾 谢大纲 哈尔滨建筑大学学报 2003年 第03期

64. 立式配平转台工作原理及数值仿真研究 关英姿 赵钧 齐乃明 刘暾 哈尔滨工业大学学报 2005年 第03期

65. 气体静压轴颈-止推串接型轴承涡流力矩的有限元分析 杜建军 姚英学 高栋 刘暾 润滑与密封 2005年 第03期

66. 精密离心机静压气体轴承主轴系统的动力学特性分析 李树森 刘暾 机械工程学报 2005年 第 02期

67. 气体静压轴颈-止推串接型轴承静特性的分析 杜建军 姚英学 崔洋 刘暾 航空精密制造技术 2005年 第02期

68. 小孔节流静压气体轴颈轴承的静态特性研究 李树森 孟庆鑫 刘暾 润滑与密封 2006年 第02 期

69. 小孔节流静压气体轴颈轴承主轴系统的动态特性分析 李树森 孟庆鑫 刘暾 润滑与密封 2006年 第05期

70. 环面节流静压气体球轴承的相似准则 郭良斌 王祖温 刘暾 摩擦学学报 2006年 第03期

71. 基于人工势场法的机器人路径规划 张建英 赵志萍 刘暾 哈尔滨工业大学学报 2006年 第 08期

72. 青山夕照 刘暾 第二届中国老年人才论坛 发表时间:2006-09-01

73. 一种新型月球车驱动和导航系统研究 赵志萍 刘暾 院老虎 张建英 第25届中国控制会议 发表时间:2006-08-01

74. 狭缝节流气体动静压轴承的承载特性分析 杜建军 刘暾 谢大纲 姚英学 2006全国摩擦学学术会议 发表时间:2006-07-01

75. 杂感 刘暾 哈尔滨工业大学首届“老有所为”论坛 发表时间:2006-05-01

76. 921-3太阳帆板动力学特性分析 刘暾 赵钧 林晓辉 哈尔滨工业大学 发表时间:2006-01-01

77. 卫星太阳光压力矩计算中有效作用面积的计算 刘暾 赵志萍 南京理工大学学报(自然科学版) 2007年 第06期

78. 自主气体轴承控制系统分析及实验研究 葛卫平 齐乃明 刘暾 摩擦学学报 2007年 第02期

79. 基于人工势场法的移动机器人最优路径规划 张建英 刘暾 航空学报 2007年 第S1期

80. 圆盘形平面止推气体轴承的气锤自激 刘暾 葛卫平 2008中国空间科学学会空间机电与空间光学专业委员会学术年会
       发表时间:2008-09-01

81. 卫星振动对HY-1卫星步进电机工作状态的影响 郑列华 尹达一 冯鑫 刘暾 王忠晶 上海航天 2008年 第03期

82. 基于零点配置的分力合成主动振动抑制方法研究(英文) 张建英 刘暾 Chinese Journal of Aeronautics 2008年 第04期

媒体采访

专家讲坛:刘暾教授作客腾讯网详解“月球车”

来源:哈尔滨工业大学

 [月球车专家刘暾教授]

[主持人芬芬与刘暾教授畅谈月球车前景]

主持人芬芬:亲爱的网友朋友们,大家好!欢迎大家关注腾讯新闻频道“嫦娥一号”系列访谈,我是主持人芬芬。对于十月下旬即将要发射的“嫦娥一号”,也只是我们探月计划当中的第一期工程,在第二期工程就会有一个新宠儿,就是我们的月球车。今天我们邀请专家和我们网友一起聊一聊月球车的进展情况。为大家请到的是哈尔滨工业大学的刘暾教授。欢迎刘暾教授。

刘暾:各位网友,你们好。

主持人芬芬:刘教授您好,我们知道月球车有一个这样的学名,那么还有其他的名字?

刘暾:俄罗斯,原苏联,管它叫做月球自动实验室,有的单位叫做月球车,还有的叫做自动探测车等等,反正有很多名字。

主持人芬芬:哈尔滨工业大学给它起了一个什么样的名字呢?

刘暾:我们就叫月球车。

主持人芬芬:我看网友很关心,国内到底有多少家在研究这个项目?

刘暾:确切数字我也说不出来,具体有十几家,我们只是其中一家。

主持人芬芬:我刚刚跟您在前期沟通的时候,您说在2000年的时候就开始研发月球车了。

刘暾:是的。我们当时没有接触过,所以大家都是从零开始,包括查资料,看国外已经有的东西。

主持人芬芬:刚开始是间接经验,有没有一些直接的相关资料?

刘暾:有的,包括通过开国际会议,和各个国家的专家交往。再一个,我们最近和俄罗斯还有一些合同,要买进一台月球车,有一些项目跟他们有一些合作。

主持人芬芬:要买进一台月球车。

刘暾:虽然我们自己也做了一台,但也想看看他们有什么方法,有没有更好的经验。

主持人芬芬:这方面他们没有更多的保密,或者是技术方面的保护吗?

刘暾:他们也有。但有些东西是可以公开的,和我们可以共享的东西,我们就跟他们达成一个合作协议。

主持人芬芬:我们可以接见国外的经验,好研究自己的月球车。您刚刚说到,国内已经有十多家相关单位都在研发月球车了,网友肯定会想知道,哈尔滨工业大学的月球车的特点在哪里?

刘暾:我们这个月球车,可以说是独一无二的,特点是,第一车是六个轮子,左右两侧各三个。这六个轮子,不是像一般研制单位,把六个轮子排列在三根轴上,每一根轴各一个轮,我们是错开一点的,左边和右边多少都有一些差距,因此六个轮有六根轴。有什么好处呢?第一,越过障碍,比如沟的时候,可以很方便地过去;第二,这六个轮子还可以抬起、放下,所以它还可以上一定过程的障碍,比如台阶之类的,一般车上不去的,它可以过去;第三,当月球车下面是沙子的时候,车轮会打滑,就是说失去了牵引力的时候,我们可以让那个轮子少负担一些推动月球车运动的任务,把重量挪到别的轮子上去,这样它就可以过去了,越过这一段比较难的地方,它再重新承担任务。所以我们这个月球车是有这样三个特点。

主持人芬芬:首先它的车轮是错开的,解决了一系列问题,比如过沟,或者是爬台阶时的不便捷。

主持人芬芬:外形方面,月球车有没有统一的模式,或者说它的造型需要注意一些什么?

刘暾:外形方面,刚才我们现在看到的分成两大类,一类就是整体的,比如我们现在做的,还有其他一些单位做的,都是整体的。还有分体的,就是把一个月球车分成两块甚至三块,几块之间有联系,有的可以伸缩,有的可以相互转动,有的既可以伸缩,也可以转动等等。

主持人芬芬:这是不载人的,美国研发的是载人的月球车。

刘暾:对。

主持人芬芬:月球车是六个轮子的,但在最早的时候,苏联好像是八个轮子的,美国也有四个轮子的。车轮对于月球车会不会有很大的影响?

刘暾:有影响。八个轮子有一个好处,越沟能力比较强,因为八个轮子,前面两个轮子遇到沟的时候,重心肯定会在后六个轮子上,这两个轮子可以抬起来过去。但六个轮子就没有这样的方便条件了,假如两个轮子遇到沟了,它一抬,那么重心很有可能不在后面四个轮子上,一般都是在正中心。如果是在中间那两个轮子上,万一遇到拖了,就会过不去。因此我们才把轮子错开。遇到沟不是一下抬两个,抬一个,剩下五个轮子,重心肯定在五个轮子的面积内,所以允许把这个轮子抬着。过去之后,再把那个轮子放下来,又可以支撑了,所以再抬第二个轮子,车不会翻,不会倾斜。

主持人芬芬:八个轮子越沟能力可能比较强,那缺点呢?

刘暾:就是重心,我们上面需要带一些仪器、设备等等,这个叫有效载荷,那么多了两个轮子,效率就会降低了。

网友:我想请问一下,有很多这样称呼月球车,说月球车只不过是一个高级的太空玩具,您是怎么看的?

刘暾:这不是很了解的人的一些称呼,我们有些玩具可以有各种各样的运动,包括爬坡、越沟等等,但月球,或者一般说其他星球,环境是非常恶劣的,所以一般玩具肯定是满足不了的。对于月球车来说,有一系列的要求,在地面上绝不会这样做的。

主持人芬芬:您刚刚说到月球车的环境恶劣,首先温差特别大,咱们在设计月球车的时候,如何克服这方面的问题?就是说这么大的温差,我们在设计方面需要注意一些什么呢?

刘暾:白天黑,夜晚的温差大概是300度,因为我们现在搞的是月球车的行走部分设计。第一,有一些需要润滑,润滑油大家设想一下,开车的人都知道,冬天就凝固住了,夏天和冬天的温度不一样。可是到月球上,白天夜晚相差300度,没有办法换润滑油,油需要考虑;第二,月球上一行走,沙子、尘土就起来的,那些东西就会钻到缝隙里,造成摩擦,这也是我们需要考虑的;第三,月球上的辐射,不像地球,地球有一百多公里厚的大气层,太阳辐射已经被大气层吸收掉很多了,所以人可以很好地生活。但在月球上就不行了,没有空气保护,腐蚀会使车上的润滑油、有机物质慢慢地很快老化、变质。还有真空的问题,我们叫摩擦负,旋转的情况下摩擦的时候,空气里面金属表面很快就有一层氧化层,有利于摩擦,但在月球上没有空气,没有氧化层,两个一摩擦之后,新鲜的金属就露出来了,这样造成金属的粘接,都是很大的问题。

主持人芬芬:这些问题怎么克服?

刘暾:都要克服,但克服这些问题不是一个单位能行的。这就是为什么一个月球工程,需要数万人,或者更多的人,那么多单位参与的原因。

主持人芬芬:需要大家群策群力,各自有不同的优势,然后再应用到月球车的技术研发当中来;

刘暾:对,每家只能做一部分,一小部分工作。

主持人芬芬:我们也在前期找了一些资料,工作人员可以放一下,就是我们的PPT文件里面找了几张不一样的图片。我们在图片当中,可以了解到国内有几家研发机构,目前他们研制的月球车的外形情况,同时也可以看到国外的月球车。

第一张是哈工大的图片。

刘暾:就是我们的这个。

主持人芬芬:是整体造型。你刚刚说一年以前拍的,现在变化大吗?

刘暾:变化不太大,现在正在做实验。当时是在加工工厂里面,我们总装过后拍的。

主持人芬芬:我们看下一张,这张是中国空间技术研究院研制的月球车,目前正在深圳参加高交会,我们科技频道的同事有机会采访他们,拍了这样一张图片。据说他们的行驶系统是应用了哈工大这边的。

刘暾:对,他们的行驶系统是我们这边另外的一些老师做的,他们这个也是六个轮子。

主持人芬芬:错开的吗?

刘暾:不是,两个轮子在一起,在一个支撑的杠杆来,这个轮子再有一个脚链,通过一个大杠杆连起来,这个大杠杆再和车连起来,美国人登火星就是这种类型的,原理是类似的。

主持人芬芬:我们看下一张图片。这是上海那边,在今年公布的一个月球车图片造型,也是六个轮子的。

刘暾:对。

主持人芬芬:他们这个特点在哪里?

刘暾:轮子上有很多螺旋状的东西,下面像是有一个弹簧,有弹性。

主持人芬芬:还有哪些技术是相当关键的?除了我们刚刚提到的防辐射、温差、防摩擦等等。

刘暾:像黄颜色这部分,是反射光,什么目的呢?如果做成黑的,就是吸收热,当温度达到零上一百多度的时候,它就要逐渐逐渐被加热了,可能里面的设备受不了,这样就可以反射回去。到晚上的时候,需要加热,这部分在里面,人是看不见的,上面那个板子,一般都是做成太阳能板,让太阳光晒到上面,产生电,然后供应。

主持人芬芬:保证电能的作用。

刘暾:夜间用蓄电池,就是除了这个以外,车里还应该有各种类型的蓄电池,白天充电,晚上用蓄电池工作。

主持人芬芬:再来看下一张图片,这是美国的火星车。

刘暾:对,就是我刚才说的,后面几个轮子成为小杠杆连起来,然后大杠杆和车连起来。

主持人芬芬:是不是月球车改装一下,就可以到火星上面做探测呢?

刘暾:原则上说可以,但月球上没有空气,可能要求就不一样了,更严格一些。像我刚才说的,没有大气保护、摩擦等问题。但火星距离地球更远,来回一次通信控制它,要求就更高了。

主持人芬芬:控制的时长也会随之加长吧?

刘暾:加长,月球是接近2.3秒一次的来回通信,所以控制起来要考虑这个时差。这也是这类车辆控制的难题之一。

主持人芬芬:看下一张图片,这是第一辆月球车。

刘暾:苏联一共向月亮发射了两个月球车。

主持人芬芬:苏联是最早发射月球车的吧?

刘暾:不载人方面,他们是最早的,载人的是美国。他们这个是八个轮子,跟前面看到的美国的月球车不一样,他们的轮子,自己都和车身连在一起,我们管这个叫做静不定,美国那个我们叫静定的,我们现在做的月球车,也是静不定的。

主持人芬芬:静而不定。

刘暾:不确定。

主持人芬芬:月球车发射到地面,工作完了以后会不会再回来?

刘暾:不回来了,现在在月球上面已经有了两辆这样的车。

主持人芬芬:再下一张图片。

刘暾:这是八个轮子的。

主持人芬芬:这边是美国四轮的。

刘暾:我们为什么没有采用四轮呢,因为四个轮子当中,万一某一个轮子损坏了,损坏一个,剩下三个还可以,如果是损坏两个呢,就不好办了。如果是六个轮子,损坏三个轮子,有一些工作还可以继续做。

主持人芬芬:这是载人的月球车。

刘暾:载人,因为有人,所以做成四个轮子,像普通汽车似的,可以自己来控制方向,躲避障碍。

主持人芬芬:无人操作的月球车,它的方向是怎么控制的?是通过地面?这方面对于我们技术要求不是更高了吗?

刘暾:无人方面,主要还是靠人在地面操作。

主持人芬芬:人工智能操作。

刘暾:对,还有一种是让它自主工作,就是上面需要有两个人的“眼睛”,看清楚环境才能够运动。所以在月球车上也要设置两个摄像机,只要是两个摄像机,一个不行,因为两个眼睛才能分别处立体的,有立体感,才能判断距离,所以必须至少有两个摄像机。这个叫做立体视觉,靠这个来判断。这也是月球,或者是火星、行星车的大难题之一。

主持人芬芬:立体视觉,可以看清前面的路,自己来决策怎么走,还是通过地面人来控制它?

刘暾:早期是完全靠地面的人来控制,人看见传下来的照片之后,来决定下一步月球车是前进,还是向左、向右,或者后退等等,都是由人决定,人发出指令,送到月球,然后它执行。现在这还是一个很重要的方法。但让车辆有一个自主能力运动的可能。所以要靠它的两个“眼睛”,然后靠计算机判断,就是左边、右边的“眼睛”,需要有一个像人似的思维,首先要判断左边和右边对应东西,谁和谁对应,要判断准确,然后再判断你所对应的物体,就是三维空间里的位置、大小、方向,好决定这个月球车能不能走。然后再设计出一条路径,我们叫做路径规划,根据我看到的情况,我选择一条路径,到指定的目的。应该让车辆具备这种能力,但目前的水平,让月球车完全的这样的自主去做,还有相当的困难,所以人需要帮助它。

主持人芬芬:我们在第二阶段的时候,很可能发射上去的月球车,我们还是需要地面控制的?

刘暾:对,我觉得恐怕还是这样,地面控制加上部分月球车自己的运动。

主持人芬芬:美国和苏联月球车发射上去,都是一个什么样的情况?

刘暾:就我们知道的,苏联完全是地面控制,因为他们的发射时间是70年代,是三十多年前了,那时候的技术,特别是计算机,跟现在相比当然很落后了,所有没有办法自主。现在从计算角度来说,让它自主有可能。但让它真像人那样有思维、能力,还不能完全做到,百分之百的准确无误的做到还不能,还需要人帮助一下。在它判断困难的时候,人帮助一下。

网友:我们从美国和苏联的月球车研发中,能够汲取哪些好的经验?

刘暾:他们也发表一些资料,可以提供给我们;再一个,就是通过我们的分析。比如我们从2000年开始研究,那么我们就仔细地分析原苏联八轮月球车究竟有什么特点,有什么优点,有什么缺点,美国的也是这样。我们经过对比,取其精华,就是说对我们有用的,我们就采纳,不利的东西我们避免掉,然后再形成自己的方案。我们之所以采取六个轮,我刚才说的是静不定,就是采取了原苏联月球车的一些优点,可是把轮子减掉六个,就出现刚才一开始说的越沟的困难,要解决这个困难,怎么办呢?也是经过我们长期的考虑,最后发现,我们做这样的一种安排还是可以的。搞技术大概都是这样,要继承前人的东西,在前人的基础上,你再更上一层楼。这是一个多快好省的途径。

主持人芬芬:我们背后放的这个视频资料也是哈工大的月球车视频资料。

网友:万一轮子坏了,车子有没有被撞翻的可能,撞翻了以后怎么办?

刘暾:有撞翻的可能,我们现在的月球车,包括以前美国的、苏联的,撞翻的都没有办法。

主持人芬芬:他们有没有撞翻的?

刘暾:据说原苏联有一台被撞翻了,有不能工作了,起不来了,但没有办法证实。因为除非再有第三个眼睛看见它。不仅仅月球车能翻,其他飞行器到了其他星球也出现过翻掉的可能。

主持人芬芬:人工操控的月球车,这方面的问题就可以避免了。

刘暾:对。

主持人芬芬:它对技术方面的要求,会增加哪些呢?

刘暾:关键要判断前方的障碍物在哪儿,假如两个石头中间有一个窄路可以通过去,你要准确判断能不能通过,你现在走的方向和位置对不对,这是地面判断应该正确判断的。当然还有其他的信息,需要地面操控人员判断,然后发指令。这个相对来说,是控制月球车包括其他行星上的车辆的一个比较保险的办法。

主持人芬芬:国家在月球车的研发方面,有没有颁发一些具体的标准?

刘暾:有,有一些要求。比如要求载荷多大,有多大的速度、特性、能力,这个有一些要求。

主持人芬芬:我们身后的这个月球车,基本上都达标了?

刘暾:基本上达到吧,就是行走方面。因为国家对月球车的要求是全部的,全面的,我们现在的月球车,不包括月球车上的有效载荷,只是行走部分。

主持人芬芬:行走这方面我们过关了。

刘暾:现在是正在越沟,演示用我们这个车怎样越沟。(视频)第一个轮已经过来了,第二个轮子悬空,现在开始着陆,这样一个一个轮子过来。

主持人芬芬:这样避免重心不一致,有时候出现翻的可能。

刘暾:对,只要轮子一落到沟里,卡在那儿,就再也出不来了。

主持人芬芬:我们研发过程当中知道,月球车上的重心大概是地球的1/6,这种环境怎么能做到在月球上的这样一个模拟呢?

刘暾:你问的这个问题,恰恰也是我们在做实验当中的一个重大困难。因为我们这个车将来工作的环境是在月球上,不是在地球上,我们为了模拟月球,弄了一些土壤,是接近月球的。我们现在的重心压上去,比在月亮上,陷的深得多,压深了六倍。这就是我们控制它的困难,因为月球上不出现这种状态。在地球上,事实上我们模拟不了月球上的状态。我们曾经有一个设想,把它吊在一个地方,减轻5/6的重量,然后再做实验,但这个方案现在还没能实现。

主持人芬芬:既有那么大的质量,也有那么大的压力。

刘暾:对,我们现在用什么办法呢?做一个实验装置,重量我们设法补偿掉,让它变成整车的1/6,然后利用和月球相近的土壤,做一些模拟实验,这样一来,我们只能做一个轮子。一台月球车,我们六个轮子分着来做。

主持人芬芬:它的具体环境,比如月球那么大的温差、辐射也要考虑,研发过程当中是怎么把这些因素考虑进去的呢?

刘暾:这种办法没有办法模拟,怎么做呢?我们做成零部件,温度、温差影响最大的是零部件,我们把零部件搁在一个装置里,可以降温,降到零下一百五六十度,然后升温,包括抽空,模拟月球上的环境,能模拟的都模拟,让它在里面工作。比如说模拟一年,就让它在这儿工作一年。通过了,就把零件挂在真实的上面去。

网友:人饿了也要吃东西,月球车在上面没有动力的话,是通过什么来补充它的能量?

刘暾:白天用太阳电池,不论月球车,还是火星上的,有一个很大的平板,像咱们计算器或者是其他的小太阳电池,一个一个地把它并列地放在上面,发电。白天发的电,多余的部分充电,在夜晚让蓄电池工作。

主持人芬芬:可是这个时间很长,据说白天和晚上,相当于地球的28天。

刘暾:比如有些仪器不能在下零一百多度工作,我们只要维持它的工作,假如它要求不能低于正二十度,那夜晚的时候我们就维持它在正二十度左右,把这个夜晚渡过,第二天太阳出来了,又可以工作的,就相当于复活了似的。

网友:月球车需要完成哪些任务,会带哪些工具去,停留多长时间?

刘暾:月球车的任务取决于我们的规划,我们现在探测月球,确切的任务我记的不是很准确。一个是实地地分析一下月球土壤的构成,比如有没有地球上的各种元素,现在我们已经知道了,基本上地球上的元素月球上也有,就是比例不一样。但月球上有一种特殊的元素,地球上很少,很稀缺,就是氦-3,这个也需要进行一些分析。还有一种,比如月球环境,我们说没有空气,太阳辐射大,大到什么程度呢,这恐怕也需要测量。还有一些物理参数,比如月球引力场有没有,多大,我们说月球没有磁场,不是说一点磁场都没有,而且局部都不一样,各个地方的引力也不一样,等等。月球没有大气的阻拦,我们观测天文就更方便,比地球上能看到得更多,像搞天文或者是天体物理这些专家们都是很感兴趣的。

所以,它完成什么任务,取决于我们的规划。

主持人芬芬:我们需要它完成什么样的任务,在它的自身设置、配置方面会进行改装、改良,让它有更多的功能。

刘暾:是的。

主持人芬芬:目前对于月球车的基本要求,就是对于土壤的分析?

刘暾:土壤分析是肯定必须有的。

主持人芬芬:还有其他的。

刘暾:土壤就包括各种元素的分析,包括物理量,还有液面的,比如月球的地形、地貌,这样都会包括进去的。

网友:探月计划的二期工程大概什么时候实施,月球车什么时候能够飞向月球车?

刘暾:确切地我还说不准,但根据一般的材料报道,2012年以后,实施第二阶段。我们一共是三个结论,就是绕、落、回,第二阶段就是落到月球上面去,这就需要月球车了,但确切的时间还没有。

主持人芬芬:因为“嫦娥一号”下旬才发射出去,到时候需要看“嫦娥一号”发回来的数据,再进行调整。

刘暾:对,恐怕还不能光靠一号,还要探测月球哪个地方最值得我们去,卓越点在什么地方,那个地方安全不安全,这一系列的问题都需要解决,才能够真正发射。

主持人芬芬:您刚刚说到,咱们研发月球车有很多技术的参数、设计,可以借鉴前面的研发资料。 2000年到现在,肯定有很多研发资料,在研发过程当中肯定是不断地更新和改良,在这个过程当中都有一些什么样的经历,我们也都特别好奇,想知道。或者曾经有过一些失败的尝试,能不能具体地介绍一下。

刘暾:我们先是参考各种资料,然后想到国外去实地调查一下,但英美方面我们没有联系通,因为没有相当的渠道。俄罗斯方面我们联系通了,所以到俄罗斯进行了实地考虑,跟他们有关技术人员和独联体的其他国家,进行了一些考察、座谈和部分协作,通过这个我们有了一些了解,从这儿开始我们做了一些基础工作。大概到2004年,我们才把方案最终敲定,进行绘图设计,04年底或者05年初,刚才大家看到的月球车就做出来了。中间也是有一些捕捉,包括电机烧坏,我们重新定电机,很费时间的。在这期间,我们培养了一些硕士研究生、博士研究生和博士后研究生,再有一些年轻教师。

主持人芬芬:这几年的研发历程,您觉得这个项目当中最难的部分是哪个部分?

刘暾:最难的就是行程方案,我们想如果这个方案就是重复国外的,就没有太大必要了,那我们就依靠国外资料就可以了。而且我们希望在前人的基础上有所创新,外国人做的通过我们的研究,也做得很好,真正想改进也不是很容易的事情,但我们还是找到了一点不足,进行克服,这是我们经过长期的思考,各种方案我们经过论证、计算、互相讨论等等,最后形成这样这个方案;当然现在这个方案,我们也觉得不是完美无缺的,还需要继续改进。

网友那里下雪了:我国月球车的整体水平处于什么样的水平,是完全自主知识产权吗?

刘暾:其他单位的研制过程我知道的不是很清楚,而我们这个月球车是完全自己的知识产权,因为我们没有见过构形,左右不对称的,而且我刚才说的越沟、越障碍,重新分配牵引能力,这些能力是我们独特的。

主持人芬芬:大部分创新还是属于自主的。

刘暾:对,但我们这个还不是登陆样板,是实验原理,包括到月球上是不是这个形状,如果方案被采用,还需要有很大的改动。

主持人芬芬:具体在某一年,各个研究机构把月球车项目、方案进行评比,然后由国家选出,具体由哪家单位研发,最终敲定以后,就由那家主要研发这个项目。 刘暾:对,有可能这样做。我们当然希望,我们的某一部分思路能够被采纳。这是我们的希望。

主持人芬芬:也是利用周末的时间,邀请刘教授来我们直播间和大家交流,有很多网友参与,也感谢大家能够及时地和我们刘教授互动。也谢谢刘教授,在短短的一个小时当中,跟我们交流了这么多的信息,让我们了解了月球车,谢谢您。

刘暾:谢谢主持人,也谢谢网友,感兴趣的人,希望大家可以进一步和我们讨论。

文章录入:曹宁    责任编辑:王坤 
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