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月球車的速度為什么這么慢?

2023-02-22 15:09 作者:maomaobear不止談科技  | 我要投稿

最近,沈騰的《獨行月球》火了以后,這個問題似乎是有點意思了。
一、月球車真的很慢嗎?
沈騰的月球車速度是這樣的:



雖然月球重力只有地球的六分之一,但是要飛出這個效果來,沒個120km/h的速度恐怕是不行。
而在人類歷史上真正登月的月球車,譬如美國阿波羅用的登月車,是這個樣子的。



我們中國的玉兔無人登月車,是這個樣子的。



玉兔二號,速度是每小時200米,比人走的慢多了。
相比之下,美國當(dāng)年造的月球車還有點像車,時速能達(dá)到每小時17公里。
但是,最快的月球車,也遠(yuǎn)不能和普通的汽車比速度。電影里的月球車所以跑得快,是因為它是“科幻”電影,真實的月球車就是速度很慢。

二、月球車速度為什么慢?
地球車和月球車雖然都叫車,但是設(shè)計取向是完全不同的,它們的工作環(huán)境差異太大。
1.能量來源不同,對動力的設(shè)計要求不同。
對地球上的汽車來說,如果是燃油車,到處都有加油站。如果電動車,有大功率的快充樁,30分鐘充到80%大有車在。而且汽車的油箱很大,電動車的電池很多。
所以,地球上的汽車,可以設(shè)計出很大的功率來。讓汽車跑得很快,同時兼顧乘客的舒適、安全。
在燃油車上,人類設(shè)計出往復(fù)式發(fā)動機(jī)和轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī),設(shè)計出多個氣缸工作,曲軸帶動,設(shè)計出渦輪增壓,設(shè)計出燃油直噴,不斷提升發(fā)動機(jī)的功率,減少燃油消耗,提升熱效率。



在電動車上,人類不斷研究能量密度,功率密度更高,更安全的電池來提供充沛的能量。人類也在研發(fā)效率更高的電機(jī),提高電機(jī)的功率重量比,讓更少的電跑更多的路。
而在月球車的設(shè)計上,地球車上面的設(shè)計就要通通顛覆了。
月球上沒有加油站。所以阿波羅計劃時候的月球車,完全依賴車上的銀鋅電池(那個年代還沒有今天的鋰電池),跑完了就用完了。
而月球車是要用火箭發(fā)上去的,每一克都價值千金。
所以,當(dāng)年的月球車被設(shè)計成只有不到200公斤,這個重量還要帶很多設(shè)備,電池能量就很有限了。電機(jī)也只有1馬力。能跑到17km/h已經(jīng)不容易了。



而到了玉兔,因為是無人車,根本就不趕時間,所以玉兔的能量來自于車身上攜帶的太陽能電池。太陽能這點能量要開車是很難的。即使車上還有儲能電池,也無法做太大。



所以,玉兔干脆就不要速度,要持續(xù)性,休眠一段,蘇醒一段,只要不壞,就能一直跑下去。

2.路面環(huán)境不同,輪胎要求不同
月球車與地球車的輪胎,共同的性能要求都是節(jié)省能耗。而異同點則更多:
首先,在地球上,大家開車基本在鋪裝路面上,高等級的路面上,能安全的跑出高速度,月球尚無這樣的道路條件。
其次,真實的月球車行駛里程很難達(dá)到《獨行月球》里的兩萬公里,而地球上乘用車的輪胎設(shè)計壽命往往在5年左右、至少10萬公里以上,對耐磨耐用的要求更高。
另外,不同于輕盈的月球車,乘用車的整備質(zhì)量突破1.5噸比較常見,而一些電動SUV更是超過了2噸,對輪胎載荷能力的要求也比較高。



為了滿足這些需求,地球上乘用車的輪胎研發(fā),也是絞盡腦汁,甚至加了buff。
譬如為了靜音。大多數(shù)品牌往往會用軟一點的胎面配方,放棄耐磨換取靜音。
而少數(shù)品牌,譬如雷神輪胎,則使用了全新的TORDNER Silentium技術(shù),這是繼胎面配方優(yōu)化、花紋優(yōu)化之后,提升輪胎靜音性能的第3條路徑。其原理是給輪胎里面加上一層厚厚的高分子復(fù)合材料——聚氨酯靜音棉,用來阻隔噪音。巧合的是,這種聚氨酯合成材料,有著隔熱、隔音、抑震等特性,恰恰也用在飛航領(lǐng)域,譬如飛機(jī)的座椅,也會采用這種材質(zhì)。
為輪胎加上隔音棉,看似容易,實則困難。因為輪胎要面臨的是長達(dá)5年左右的設(shè)計壽命,以及動輒零下的外部氣溫和最高110°C以上的輪胎工作溫度。這層高分子復(fù)合材料要始終附著在輪胎上,必須用到特制的粘合劑,其始終需要保持類似口香糖那種,粘而不脫的狀態(tài)。



得益于這一層靜音技術(shù)的buff,雷神輪胎的其他性能指標(biāo)不用為靜音這一點讓路,擁有了更強(qiáng)的綜合性能。
通過計算機(jī)計算模擬設(shè)計出5頻花紋塊設(shè)計,一方面繼續(xù)降噪,這種設(shè)計能夠打破單一的噪音頻率,做到“主動降噪”;另一方面則是降低滾動阻力,相比其他產(chǎn)品,在同樣能耗情況下,跑得更遠(yuǎn)。
值得一提的還有兩方面性能:
其DOT標(biāo)準(zhǔn)耐磨指數(shù)達(dá)到了520,意味著繞月球跑20圈,都不在話下,而目前市面上諸多外資大牌的靜音輪胎產(chǎn)品,耐磨指數(shù)只有400以內(nèi)。
雷神輪胎全系大部分產(chǎn)品的載荷能力,都突破了2500kg,意味著可以在地球上承載諸如蔚來ES8、特斯拉Model X這種電動巨無霸,而在月球上,理論上來說雷神輪胎可以輕松承載這款拖頭:


當(dāng)然,阻礙月球車用上加了buff的地球車輪胎,主要還是外部環(huán)境問題。
在月球,不僅坑洼不平,還有大大小小的隕石坑。月球重力只有地球的六分之一,一旦顛簸,就飛起來了。同時,月球表面高溫從零下180度到到零上127度,溫度條件極其惡劣。所以,地球上的汽車輪胎,到了月球上會立即完蛋。



因此,早期的月球車的輪胎是鍍鋅的手工編織鋼絲網(wǎng)輪胎,內(nèi)部有特殊的充氣橡膠作為內(nèi)胎。這種輪胎既可以提升抓地力,解決六分之一重力下行駛的問題,又不容易附著月球灰塵。



玉兔二號用的是鋁制輪胎,道理和當(dāng)年美國人月球車異曲同工。
但你讓這種輪胎,飆上120公里時速,那基本是不可能了。
所以,月球車跑不快,首先是能源不夠,動力不行。其次是輪胎不匹配,月球車為了抓地力、穩(wěn)定性、和通過性,根本就跑不快。
而最新的中國載人月球車模型展示的輪胎,跟地球車輪胎造型無限接近,看看相關(guān)人員的回答,就更有意思了:




三、未來能在月球上極品飛車嗎?
像電影里面的月球飆車看起來很酷炫。其實背后是需要大量未來科技的,我用《獨行月球》的科幻思路展開,至少有3重困難:
首先,得把能量來源解決了。
太陽能源源不斷,你還要有儲存的電池啊。在零下180度到零上127度能正常工作的大容量電池得能造出來才行。
有這個電池,加上大功率電機(jī)能有動力來源了。
其次,得把輪胎問題解決了。
還是在零下180度到零上127度,能在月球坑坑洼洼都是隕石坑,月球塵土的表面飆車的輪胎,目前好像還沒有。普通橡膠肯定不行。金屬材料跑高速度,能不能把月球車顛散了架都難說。
可能需要新材料,才能在月球的惡劣環(huán)境下飆出高速。
第三,得有錢。
一輛能高速飆車的月球車,即使有黑科技解決了動力和輪胎,重量也一定不會輕。而發(fā)射一克是一克的錢。你造一個三噸的月球車。發(fā)射到月球,這個成本非常高。


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