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        專家信息 科學研究 論文專著 媒體采訪

        專家信息

        劉暾,男1932年10 月出生,哈爾濱工業大學航天工程與力學系教授、博士生導師。

        畢業于哈爾濱工業大學。曾任哈爾濱工業大學自動飛行動力學研究室主任、空間飛器設計教研室主任、博士生導師。現為中國空間科學學會理事、摩擦學學會理事氣體潤滑專業委員會主任、中國宇航學會及自動化學會空間運動體控制專業委員會委員、俄羅斯宇航科學院外國院士。AIAA高級會員、全國氣體潤滑專業委員會主任。參與“神舟五號”飛船設計,是中國“嫦娥”登月計劃子課題的負責人。

        科學研究

        研究方向:

        主要從事航天器動力學和控制、高精度氣體軸承、氣體潤滑等項目的研究,月球探測車及高速氣體軸承。

        科研成果:

        飛行器動力學和控制。重點研究撓性空間飛行器動力學與控制。他曾擔任過我國“東方紅三號”“資源一號”“神舟號”,載人飛船和其他帶有太陽帆板衛星的姿態動力學及控制研究。這項研究運用于神舟號飛船的核驗中。在氣體潤滑方面。劉暾在20世紀70年代中,把有限元技術引入氣體潤滑,解決了靜壓軸承節流孔處流場斷續的計算問題。

        氣體軸承的缺點是剛度和承載能力低,他研究提出了利用壓力正反饋,使靜壓體軸承剛度大幅度提高(可達無窮大)的自主軸承;還提出了利用氣體軸承承載,用磁軸承和自動控制系統對運動誤差加以補償的混合超高精度軸系。目前的工作,集中在高速大載荷動靜壓氣體和深冷液體軸承、小孔節流氣體軸承的氣錘自激和抑制方面。

        雙軸陀螺漂移測試臺研制獲國防科工委一等獎、國家二等獎;東方紅三號衛星姿態動力學研究,獲航天部二等獎;氣體潤滑研究獲航天部二等獎;神州號飛船太陽帆板動力學研究,獲航天部三等獎;資源一號衛星姿態控制及動力學研究,獲航天部三等獎;反艦導彈扇面發射研究,獲航天部三等獎;空地防輻射導彈抗機措施研究,獲航天部三等獎。

        論文專著

        著有《空間飛行器軌道和姿態動力學》、《靜壓氣體潤滑》等,發表論文近百篇。

        1. 一種提高靜壓氣體軸承剛度方法的初步分析——自主式氣體軸承 劉暾 齊乃明 第五屆全國摩擦學學術會議 發表時間:1992-09-01

        2. 氣體靜壓球軸承的計算 劉暾 劉育華 光學精密工程 1981年 第06期

        3. 氣體靜壓軸承的有限元數值解法 劉暾 劉育華 史小文 光學精密工程 1984年 第02期

        4. 氣體靜壓軸承有限元計算方法中的收斂問題 劉育華 劉暾 哈爾濱工業大學學報 1985年 第A6 期

        5. 撓性衛星動力學及姿態控制模型的建立 劉暾 楊大明 哈爾濱工業大學學報 1985年 第A8期

        6. 蒙特卡洛法用于導彈的計算機打靶 張為平 劉育華 劉暾 哈爾濱工業大學學報 1985年 第A8 期

        7. 薄板反饋在氣體靜壓軸承中的作用 劉暾 劉育華 李佳玉 機床與液壓 1987年 第01期

        8. 表面節流靜壓氣體止推軸承的有限元計算方法 張鳳儀 史小文 劉育華 劉暾 光學精密工程 1988年 第06期

        9. 帶撓性附件衛星的模型化及截斷 劉暾 楊大明 宇航學報 1989年 第04期

        10. 柔性空間機械臂動力學模型 劉暾 楊大明 航天控制 1990年 第02期

        11. 反雷達導彈慣性末制導基準軸誤差的修正 劉育華 崔乃剛 劉暾 航天控制 1991年 第01期

        12. 空地反輻射導彈發射方式的研究 劉育華 崔乃剛 劉暾 航天控制 1992年 第04期

        13. 柔性空間飛行器的振動抑止控制 劉暾 常亞武 楊大明 航天控制 1992年 第02期

        14. 具有抗雷達關機能力的反輻射導彈全彈道仿真計算 劉育華 崔乃剛 劉暾 哈爾濱工業大學學報 1993年 第01期

        15. 某型反輻射導彈彈載信號處理與制導計算機的研究 劉育華 崔乃剛 劉暾 田鴻堂 航天控制 1993年 第03期

        16. 用于修正反輻射導彈慣導軸指向誤差的幾何法 崔乃剛 劉暾 劉育華 哈爾濱工業大學學報 1994年 第02期

        17. 用于導彈系統性能統計分析的統計線性化伴隨法 劉育華 林曉輝 劉暾 崔乃剛 宇航學報 1994年 第03期

        18. 帶彈性節流器氣體軸承實現高剛度的機理分析 齊乃明 崔乃剛 劉暾 航空兵器 1994年 第06 期

        19. 一種用于反輻射導彈的慣導軸指向誤差的修正方法 劉育華 崔乃剛 劉暾 哈爾濱工業大學學報 1995年 第02期

        20. 三軸精密測試合氣浮軸系角剛度數值計算分析 齊乃明 劉暾 李中郢哈爾濱工業大學學報 1995 年 第03期

        21. Analysis of Improvement in the Stiffness of Externally Pressurized Gas Thrust  Bearing 齊乃明 劉暾
               王洪杰 哈爾濱工業大學學報(英文版) 1995年 第02期

        22. 激光制導炸彈導引規律研究及有效投彈區的計算 崔乃剛 單永志 李景慧 劉暾 彈道學報 1996年 第03期

        23. 基于橢圓軌道的繩系衛星伸展及釋放過程仿真研究 崔乃剛 劉暾 林曉輝 趙辰洙 哈爾濱工業大學學報 1996年 第04期

        24. 伴隨理論及其在仿真中應用的研究 林曉輝 崔乃剛 劉暾 航天控制 1996年 第03期

        25. 空地反輻射導彈對抗雷達關機全彈道仿真研究 劉育華 崔乃剛 劉暾 陳蘭英 魏毅寅 吳宇平 宇航學報 1996年 第01期

        26. 三軸氣浮臺單框伺服測角系統的研究 張曉友 劉暾 李季蘇 宇航學報 1996年 第04期

        27. 激光制導炸彈投彈籃框的計算 崔乃剛 李中郢 劉暾 航空兵器 1996年 第02期

        28. 激光制導炸彈運動數學模型的建立 崔乃剛 李景慧 單永志 李中郢 劉暾 哈爾濱工業大學學報 1997年 第04期

        29. Calculation of Orbital Elements for Released Tethered Satellite 崔乃剛 劉暾 劉育華 齊乃明 哈爾濱工業大學學報
               (英文版) 1997年 第02期

        30. 用于運動體隨機運動數字仿真的SLAM方法 林曉輝 崔乃剛 劉暾 戰術導彈技術 1997年 第 02期

        31. 金屬橡膠彈性與多孔性結合的應用實例 李中郢 齊乃明 劉暾 朱亞力 哈爾濱工業大學學報 1999年 第03期

        32. 圓柱體繞橫軸氣動力和氣動熱的試驗研究 劉暾 郭根深 劉長在 曹世杰 鄧櫻 宇航學報 1999年 第01期

        33. 通過“建立月球垂線”實現月球軟著陸方法研究 王劼 崔乃剛 劉暾 導彈與航天運載技術 2000年 第04期

        34. 有限推力登月飛行器燃料消耗研究 王劼 崔乃剛 劉暾 周文艷 導彈與航天運載技術 2000年 第06期

        35. 靜壓氣體軸承設計支持系統的研究 齊乃明 楊國軍 劉暾 潤滑與密封 2000年 第01期

        36. 小孔節流方式對氣體靜壓軸承工作剛度影響的分析 李樹森 劉暾 張鵬順 潤滑與密封 2000 年 第04期

        37. 小推力登月飛行器軌道初步研究 王劼 崔乃剛 劉暾 飛行力學 2000年 第02期

        38. 撓性負載對步進電動機驅動系統的影響 王鳳鳴 蘇大鵬 劉暾 機械工程師 2000年 第05期

        39. 大型太陽帆板展開狀態動態特性研究 關英姿 林曉暉 趙鈞 劉暾 強度與環境 2000年 第03 期

        40. 撓性結構的約束模態及非約束模態解法 陜晉軍 關英姿 王鳳鳴 劉暾 上海航天 2000年 第 05期

        41. 定常幅值小推力登月飛行器軌道研究 王劼 崔乃剛 劉暾 航空學報 2001年 第01期

        42. 小孔節流氣體靜壓潤滑的離散化和計算收斂 劉暾 彭春野 葛衛平 齊乃明 費源明 摩擦學學報 2001年 第02期

        43. 自主式靜壓氣體軸承實現無窮剛度的條件分析 齊乃明 劉暾 譚久彬 南京理工大學學報 2001年 第02期

        44. 幾何形誤差對氣體靜壓圓柱軸承運動精度的影響 李樹森 劉暾 張鵬順 潤滑與密封 2001年 第03期

        45. 太陽帆板驅動中堵轉現象的分析 王鳳鳴 劉暾 中國機械工程 2001年 第12期

        46. 再談一類撓性結構的約束及非約束模態解法 陜晉軍 劉暾 齊乃明 趙寶山 中國空間科學技術 2001年 第06期

        47. 應用分力合成的步進電動機驅動方案研究 王鳳鳴 陜晉軍 高樺 劉暾 上海航天 2001年 第03 期

        48. 撓性結構的分力合成主動振動抑制方法研究 陜晉軍 劉暾 上海航天 2001年 第06期

        49. 應用分力合成主動振動抑制方法的最優飛行器大角度機動控制策略 陜晉軍 劉暾 航空學報 2002年 第01期

        50. 狹縫節流氣體靜壓軸頸-止推軸承靜態特性分析 杜建軍 劉暾 姚英學 摩擦學學報 2002年 第01期

        51. 超精氣磁軸承混合軸系的研究 劉暾 葛衛平 齊乃明 費源明 中國機械工程 2002年 第02期

        52. 撓性結構的輸入成形與分力合成主動振動抑制方法研究 陜晉軍 劉暾 中國機械工程 2002年 第05期

        53. 步進電動機驅動撓性負載時堵轉機理研究 王鳳鳴 劉暾 張鵬順 中國機械工程 2002年 第09 期

        54. 應用分力合成方法改善柔性系統性能的研究 陜晉軍 劉暾 系統仿真學報 2002年 第11期

        55. 登月飛行器軟著陸發動機持續工作初始點選擇研究 王劼 李俊峰 崔乃剛 劉暾 工程力學 2003年 第06期

        56. 制造誤差對氣體靜壓軸頸-止推軸承靜特性影響 姚英學 杜建軍 劉暾 謝大綱 哈爾濱工業大學學報 2003年 第03期

        57. 制造誤差對氣體靜壓軸承渦流力矩影響分析方法研究 姚英學 杜建軍 劉暾 謝大綱 航空學報 2003年 第02期

        58. 狹縫節流氣體靜壓潤滑方程式的離散化和相容性條件 劉暾 杜建軍 姚英學 謝大綱 機械工程學報 2003年 第01期

        59. 登月飛行器軟著陸軌道的遺傳算法優化 王暸 李俊峰 崔乃剛 劉暾 清華大學學報(自然科學版) 2003年 第08期

        60. 精密離心機靜壓氣體軸承主軸系統的穩定性分析 李樹森 劉暾 李群霞 中國機械工程 2003年 第17期

        61. 應用分力合成方法提高系統性能指標的研究 陜晉軍 劉暾 齊乃明 趙寶山 中國空間科學技術 2003年 第01期

        62. 定常推力登月飛行器最優軟著陸軌道研究 王劼 崔乃剛 劉暾 李俊峰 高技術通訊 2003年 第 04期

        63. 制造誤差對氣體靜壓軸頸-止推軸承靜特性影響 姚英學 杜建軍 劉暾 謝大綱 哈爾濱建筑大學學報 2003年 第03期

        64. 立式配平轉臺工作原理及數值仿真研究 關英姿 趙鈞 齊乃明 劉暾 哈爾濱工業大學學報 2005年 第03期

        65. 氣體靜壓軸頸-止推串接型軸承渦流力矩的有限元分析 杜建軍 姚英學 高棟 劉暾 潤滑與密封 2005年 第03期

        66. 精密離心機靜壓氣體軸承主軸系統的動力學特性分析 李樹森 劉暾 機械工程學報 2005年 第 02期

        67. 氣體靜壓軸頸-止推串接型軸承靜特性的分析 杜建軍 姚英學 崔洋 劉暾 航空精密制造技術 2005年 第02期

        68. 小孔節流靜壓氣體軸頸軸承的靜態特性研究 李樹森 孟慶鑫 劉暾 潤滑與密封 2006年 第02 期

        69. 小孔節流靜壓氣體軸頸軸承主軸系統的動態特性分析 李樹森 孟慶鑫 劉暾 潤滑與密封 2006年 第05期

        70. 環面節流靜壓氣體球軸承的相似準則 郭良斌 王祖溫 劉暾 摩擦學學報 2006年 第03期

        71. 基于人工勢場法的機器人路徑規劃 張建英 趙志萍 劉暾 哈爾濱工業大學學報 2006年 第 08期

        72. 青山夕照 劉暾 第二屆中國老年人才論壇 發表時間:2006-09-01

        73. 一種新型月球車驅動和導航系統研究 趙志萍 劉暾 院老虎 張建英 第25屆中國控制會議 發表時間:2006-08-01

        74. 狹縫節流氣體動靜壓軸承的承載特性分析 杜建軍 劉暾 謝大綱 姚英學 2006全國摩擦學學術會議 發表時間:2006-07-01

        75. 雜感 劉暾 哈爾濱工業大學首屆“老有所為”論壇 發表時間:2006-05-01

        76. 921-3太陽帆板動力學特性分析 劉暾 趙鈞 林曉輝 哈爾濱工業大學 發表時間:2006-01-01

        77. 衛星太陽光壓力矩計算中有效作用面積的計算 劉暾 趙志萍 南京理工大學學報(自然科學版) 2007年 第06期

        78. 自主氣體軸承控制系統分析及實驗研究 葛衛平 齊乃明 劉暾 摩擦學學報 2007年 第02期

        79. 基于人工勢場法的移動機器人最優路徑規劃 張建英 劉暾 航空學報 2007年 第S1期

        80. 圓盤形平面止推氣體軸承的氣錘自激 劉暾 葛衛平 2008中國空間科學學會空間機電與空間光學專業委員會學術年會
               發表時間:2008-09-01

        81. 衛星振動對HY-1衛星步進電機工作狀態的影響 鄭列華 尹達一 馮鑫 劉暾 王忠晶 上海航天 2008年 第03期

        82. 基于零點配置的分力合成主動振動抑制方法研究(英文) 張建英 劉暾 Chinese Journal of Aeronautics 2008年 第04期

        媒體采訪

        專家講壇:劉暾教授作客騰訊網詳解“月球車”

        來源:哈爾濱工業大學

         [月球車專家劉暾教授]

        [主持人芬芬與劉暾教授暢談月球車前景]

        主持人芬芬:親愛的網友朋友們,大家好!歡迎大家關注騰訊新聞頻道“嫦娥一號”系列訪談,我是主持人芬芬。對于十月下旬即將要發射的“嫦娥一號”,也只是我們探月計劃當中的第一期工程,在第二期工程就會有一個新寵兒,就是我們的月球車。今天我們邀請專家和我們網友一起聊一聊月球車的進展情況。為大家請到的是哈爾濱工業大學的劉暾教授。歡迎劉暾教授。

        劉暾:各位網友,你們好。

        主持人芬芬:劉教授您好,我們知道月球車有一個這樣的學名,那么還有其他的名字?

        劉暾:俄羅斯,原蘇聯,管它叫做月球自動實驗室,有的單位叫做月球車,還有的叫做自動探測車等等,反正有很多名字。

        主持人芬芬:哈爾濱工業大學給它起了一個什么樣的名字呢?

        劉暾:我們就叫月球車。

        主持人芬芬:我看網友很關心,國內到底有多少家在研究這個項目?

        劉暾:確切數字我也說不出來,具體有十幾家,我們只是其中一家。

        主持人芬芬:我剛剛跟您在前期溝通的時候,您說在2000年的時候就開始研發月球車了。

        劉暾:是的。我們當時沒有接觸過,所以大家都是從零開始,包括查資料,看國外已經有的東西。

        主持人芬芬:剛開始是間接經驗,有沒有一些直接的相關資料?

        劉暾:有的,包括通過開國際會議,和各個國家的專家交往。再一個,我們最近和俄羅斯還有一些合同,要買進一臺月球車,有一些項目跟他們有一些合作。

        主持人芬芬:要買進一臺月球車。

        劉暾:雖然我們自己也做了一臺,但也想看看他們有什么方法,有沒有更好的經驗。

        主持人芬芬:這方面他們沒有更多的保密,或者是技術方面的保護嗎?

        劉暾:他們也有。但有些東西是可以公開的,和我們可以共享的東西,我們就跟他們達成一個合作協議。

        主持人芬芬:我們可以接見國外的經驗,好研究自己的月球車。您剛剛說到,國內已經有十多家相關單位都在研發月球車了,網友肯定會想知道,哈爾濱工業大學的月球車的特點在哪里?

        劉暾:我們這個月球車,可以說是獨一無二的,特點是,第一車是六個輪子,左右兩側各三個。這六個輪子,不是像一般研制單位,把六個輪子排列在三根軸上,每一根軸各一個輪,我們是錯開一點的,左邊和右邊多少都有一些差距,因此六個輪有六根軸。有什么好處呢?第一,越過障礙,比如溝的時候,可以很方便地過去;第二,這六個輪子還可以抬起、放下,所以它還可以上一定過程的障礙,比如臺階之類的,一般車上不去的,它可以過去;第三,當月球車下面是沙子的時候,車輪會打滑,就是說失去了牽引力的時候,我們可以讓那個輪子少負擔一些推動月球車運動的任務,把重量挪到別的輪子上去,這樣它就可以過去了,越過這一段比較難的地方,它再重新承擔任務。所以我們這個月球車是有這樣三個特點。

        主持人芬芬:首先它的車輪是錯開的,解決了一系列問題,比如過溝,或者是爬臺階時的不便捷。

        主持人芬芬:外形方面,月球車有沒有統一的模式,或者說它的造型需要注意一些什么?

        劉暾:外形方面,剛才我們現在看到的分成兩大類,一類就是整體的,比如我們現在做的,還有其他一些單位做的,都是整體的。還有分體的,就是把一個月球車分成兩塊甚至三塊,幾塊之間有聯系,有的可以伸縮,有的可以相互轉動,有的既可以伸縮,也可以轉動等等。

        主持人芬芬:這是不載人的,美國研發的是載人的月球車。

        劉暾:對。

        主持人芬芬:月球車是六個輪子的,但在最早的時候,蘇聯好像是八個輪子的,美國也有四個輪子的。車輪對于月球車會不會有很大的影響?

        劉暾:有影響。八個輪子有一個好處,越溝能力比較強,因為八個輪子,前面兩個輪子遇到溝的時候,重心肯定會在后六個輪子上,這兩個輪子可以抬起來過去。但六個輪子就沒有這樣的方便條件了,假如兩個輪子遇到溝了,它一抬,那么重心很有可能不在后面四個輪子上,一般都是在正中心。如果是在中間那兩個輪子上,萬一遇到拖了,就會過不去。因此我們才把輪子錯開。遇到溝不是一下抬兩個,抬一個,剩下五個輪子,重心肯定在五個輪子的面積內,所以允許把這個輪子抬著。過去之后,再把那個輪子放下來,又可以支撐了,所以再抬第二個輪子,車不會翻,不會傾斜。

        主持人芬芬:八個輪子越溝能力可能比較強,那缺點呢?

        劉暾:就是重心,我們上面需要帶一些儀器、設備等等,這個叫有效載荷,那么多了兩個輪子,效率就會降低了。

        網友:我想請問一下,有很多這樣稱呼月球車,說月球車只不過是一個高級的太空玩具,您是怎么看的?

        劉暾:這不是很了解的人的一些稱呼,我們有些玩具可以有各種各樣的運動,包括爬坡、越溝等等,但月球,或者一般說其他星球,環境是非常惡劣的,所以一般玩具肯定是滿足不了的。對于月球車來說,有一系列的要求,在地面上絕不會這樣做的。

        主持人芬芬:您剛剛說到月球車的環境惡劣,首先溫差特別大,咱們在設計月球車的時候,如何克服這方面的問題?就是說這么大的溫差,我們在設計方面需要注意一些什么呢?

        劉暾:白天黑,夜晚的溫差大概是300度,因為我們現在搞的是月球車的行走部分設計。第一,有一些需要潤滑,潤滑油大家設想一下,開車的人都知道,冬天就凝固住了,夏天和冬天的溫度不一樣。可是到月球上,白天夜晚相差300度,沒有辦法換潤滑油,油需要考慮;第二,月球上一行走,沙子、塵土就起來的,那些東西就會鉆到縫隙里,造成摩擦,這也是我們需要考慮的;第三,月球上的輻射,不像地球,地球有一百多公里厚的大氣層,太陽輻射已經被大氣層吸收掉很多了,所以人可以很好地生活。但在月球上就不行了,沒有空氣保護,腐蝕會使車上的潤滑油、有機物質慢慢地很快老化、變質。還有真空的問題,我們叫摩擦負,旋轉的情況下摩擦的時候,空氣里面金屬表面很快就有一層氧化層,有利于摩擦,但在月球上沒有空氣,沒有氧化層,兩個一摩擦之后,新鮮的金屬就露出來了,這樣造成金屬的粘接,都是很大的問題。

        主持人芬芬:這些問題怎么克服?

        劉暾:都要克服,但克服這些問題不是一個單位能行的。這就是為什么一個月球工程,需要數萬人,或者更多的人,那么多單位參與的原因。

        主持人芬芬:需要大家群策群力,各自有不同的優勢,然后再應用到月球車的技術研發當中來;

        劉暾:對,每家只能做一部分,一小部分工作。

        主持人芬芬:我們也在前期找了一些資料,工作人員可以放一下,就是我們的PPT文件里面找了幾張不一樣的圖片。我們在圖片當中,可以了解到國內有幾家研發機構,目前他們研制的月球車的外形情況,同時也可以看到國外的月球車。

        第一張是哈工大的圖片。

        劉暾:就是我們的這個。

        主持人芬芬:是整體造型。你剛剛說一年以前拍的,現在變化大嗎?

        劉暾:變化不太大,現在正在做實驗。當時是在加工工廠里面,我們總裝過后拍的。

        主持人芬芬:我們看下一張,這張是中國空間技術研究院研制的月球車,目前正在深圳參加高交會,我們科技頻道的同事有機會采訪他們,拍了這樣一張圖片。據說他們的行駛系統是應用了哈工大這邊的。

        劉暾:對,他們的行駛系統是我們這邊另外的一些老師做的,他們這個也是六個輪子。

        主持人芬芬:錯開的嗎?

        劉暾:不是,兩個輪子在一起,在一個支撐的杠桿來,這個輪子再有一個腳鏈,通過一個大杠桿連起來,這個大杠桿再和車連起來,美國人登火星就是這種類型的,原理是類似的。

        主持人芬芬:我們看下一張圖片。這是上海那邊,在今年公布的一個月球車圖片造型,也是六個輪子的。

        劉暾:對。

        主持人芬芬:他們這個特點在哪里?

        劉暾:輪子上有很多螺旋狀的東西,下面像是有一個彈簧,有彈性。

        主持人芬芬:還有哪些技術是相當關鍵的?除了我們剛剛提到的防輻射、溫差、防摩擦等等。

        劉暾:像黃顏色這部分,是反射光,什么目的呢?如果做成黑的,就是吸收熱,當溫度達到零上一百多度的時候,它就要逐漸逐漸被加熱了,可能里面的設備受不了,這樣就可以反射回去。到晚上的時候,需要加熱,這部分在里面,人是看不見的,上面那個板子,一般都是做成太陽能板,讓太陽光曬到上面,產生電,然后供應。

        主持人芬芬:保證電能的作用。

        劉暾:夜間用蓄電池,就是除了這個以外,車里還應該有各種類型的蓄電池,白天充電,晚上用蓄電池工作。

        主持人芬芬:再來看下一張圖片,這是美國的火星車。

        劉暾:對,就是我剛才說的,后面幾個輪子成為小杠桿連起來,然后大杠桿和車連起來。

        主持人芬芬:是不是月球車改裝一下,就可以到火星上面做探測呢?

        劉暾:原則上說可以,但月球上沒有空氣,可能要求就不一樣了,更嚴格一些。像我剛才說的,沒有大氣保護、摩擦等問題。但火星距離地球更遠,來回一次通信控制它,要求就更高了。

        主持人芬芬:控制的時長也會隨之加長吧?

        劉暾:加長,月球是接近2.3秒一次的來回通信,所以控制起來要考慮這個時差。這也是這類車輛控制的難題之一。

        主持人芬芬:看下一張圖片,這是第一輛月球車。

        劉暾:蘇聯一共向月亮發射了兩個月球車。

        主持人芬芬:蘇聯是最早發射月球車的吧?

        劉暾:不載人方面,他們是最早的,載人的是美國。他們這個是八個輪子,跟前面看到的美國的月球車不一樣,他們的輪子,自己都和車身連在一起,我們管這個叫做靜不定,美國那個我們叫靜定的,我們現在做的月球車,也是靜不定的。

        主持人芬芬:靜而不定。

        劉暾:不確定。

        主持人芬芬:月球車發射到地面,工作完了以后會不會再回來?

        劉暾:不回來了,現在在月球上面已經有了兩輛這樣的車。

        主持人芬芬:再下一張圖片。

        劉暾:這是八個輪子的。

        主持人芬芬:這邊是美國四輪的。

        劉暾:我們為什么沒有采用四輪呢,因為四個輪子當中,萬一某一個輪子損壞了,損壞一個,剩下三個還可以,如果是損壞兩個呢,就不好辦了。如果是六個輪子,損壞三個輪子,有一些工作還可以繼續做。

        主持人芬芬:這是載人的月球車。

        劉暾:載人,因為有人,所以做成四個輪子,像普通汽車似的,可以自己來控制方向,躲避障礙。

        主持人芬芬:無人操作的月球車,它的方向是怎么控制的?是通過地面?這方面對于我們技術要求不是更高了嗎?

        劉暾:無人方面,主要還是靠人在地面操作。

        主持人芬芬:人工智能操作。

        劉暾:對,還有一種是讓它自主工作,就是上面需要有兩個人的“眼睛”,看清楚環境才能夠運動。所以在月球車上也要設置兩個攝像機,只要是兩個攝像機,一個不行,因為兩個眼睛才能分別處立體的,有立體感,才能判斷距離,所以必須至少有兩個攝像機。這個叫做立體視覺,靠這個來判斷。這也是月球,或者是火星、行星車的大難題之一。

        主持人芬芬:立體視覺,可以看清前面的路,自己來決策怎么走,還是通過地面人來控制它?

        劉暾:早期是完全靠地面的人來控制,人看見傳下來的照片之后,來決定下一步月球車是前進,還是向左、向右,或者后退等等,都是由人決定,人發出指令,送到月球,然后它執行。現在這還是一個很重要的方法。但讓車輛有一個自主能力運動的可能。所以要靠它的兩個“眼睛”,然后靠計算機判斷,就是左邊、右邊的“眼睛”,需要有一個像人似的思維,首先要判斷左邊和右邊對應東西,誰和誰對應,要判斷準確,然后再判斷你所對應的物體,就是三維空間里的位置、大小、方向,好決定這個月球車能不能走。然后再設計出一條路徑,我們叫做路徑規劃,根據我看到的情況,我選擇一條路徑,到指定的目的。應該讓車輛具備這種能力,但目前的水平,讓月球車完全的這樣的自主去做,還有相當的困難,所以人需要幫助它。

        主持人芬芬:我們在第二階段的時候,很可能發射上去的月球車,我們還是需要地面控制的?

        劉暾:對,我覺得恐怕還是這樣,地面控制加上部分月球車自己的運動。

        主持人芬芬:美國和蘇聯月球車發射上去,都是一個什么樣的情況?

        劉暾:就我們知道的,蘇聯完全是地面控制,因為他們的發射時間是70年代,是三十多年前了,那時候的技術,特別是計算機,跟現在相比當然很落后了,所有沒有辦法自主。現在從計算角度來說,讓它自主有可能。但讓它真像人那樣有思維、能力,還不能完全做到,百分之百的準確無誤的做到還不能,還需要人幫助一下。在它判斷困難的時候,人幫助一下。

        網友:我們從美國和蘇聯的月球車研發中,能夠汲取哪些好的經驗?

        劉暾:他們也發表一些資料,可以提供給我們;再一個,就是通過我們的分析。比如我們從2000年開始研究,那么我們就仔細地分析原蘇聯八輪月球車究竟有什么特點,有什么優點,有什么缺點,美國的也是這樣。我們經過對比,取其精華,就是說對我們有用的,我們就采納,不利的東西我們避免掉,然后再形成自己的方案。我們之所以采取六個輪,我剛才說的是靜不定,就是采取了原蘇聯月球車的一些優點,可是把輪子減掉六個,就出現剛才一開始說的越溝的困難,要解決這個困難,怎么辦呢?也是經過我們長期的考慮,最后發現,我們做這樣的一種安排還是可以的。搞技術大概都是這樣,要繼承前人的東西,在前人的基礎上,你再更上一層樓。這是一個多快好省的途徑。

        主持人芬芬:我們背后放的這個視頻資料也是哈工大的月球車視頻資料。

        網友:萬一輪子壞了,車子有沒有被撞翻的可能,撞翻了以后怎么辦?

        劉暾:有撞翻的可能,我們現在的月球車,包括以前美國的、蘇聯的,撞翻的都沒有辦法。

        主持人芬芬:他們有沒有撞翻的?

        劉暾:據說原蘇聯有一臺被撞翻了,有不能工作了,起不來了,但沒有辦法證實。因為除非再有第三個眼睛看見它。不僅僅月球車能翻,其他飛行器到了其他星球也出現過翻掉的可能。

        主持人芬芬:人工操控的月球車,這方面的問題就可以避免了。

        劉暾:對。

        主持人芬芬:它對技術方面的要求,會增加哪些呢?

        劉暾:關鍵要判斷前方的障礙物在哪兒,假如兩個石頭中間有一個窄路可以通過去,你要準確判斷能不能通過,你現在走的方向和位置對不對,這是地面判斷應該正確判斷的。當然還有其他的信息,需要地面操控人員判斷,然后發指令。這個相對來說,是控制月球車包括其他行星上的車輛的一個比較保險的辦法。

        主持人芬芬:國家在月球車的研發方面,有沒有頒發一些具體的標準?

        劉暾:有,有一些要求。比如要求載荷多大,有多大的速度、特性、能力,這個有一些要求。

        主持人芬芬:我們身后的這個月球車,基本上都達標了?

        劉暾:基本上達到吧,就是行走方面。因為國家對月球車的要求是全部的,全面的,我們現在的月球車,不包括月球車上的有效載荷,只是行走部分。

        主持人芬芬:行走這方面我們過關了。

        劉暾:現在是正在越溝,演示用我們這個車怎樣越溝。(視頻)第一個輪已經過來了,第二個輪子懸空,現在開始著陸,這樣一個一個輪子過來。

        主持人芬芬:這樣避免重心不一致,有時候出現翻的可能。

        劉暾:對,只要輪子一落到溝里,卡在那兒,就再也出不來了。

        主持人芬芬:我們研發過程當中知道,月球車上的重心大概是地球的1/6,這種環境怎么能做到在月球上的這樣一個模擬呢?

        劉暾:你問的這個問題,恰恰也是我們在做實驗當中的一個重大困難。因為我們這個車將來工作的環境是在月球上,不是在地球上,我們為了模擬月球,弄了一些土壤,是接近月球的。我們現在的重心壓上去,比在月亮上,陷的深得多,壓深了六倍。這就是我們控制它的困難,因為月球上不出現這種狀態。在地球上,事實上我們模擬不了月球上的狀態。我們曾經有一個設想,把它吊在一個地方,減輕5/6的重量,然后再做實驗,但這個方案現在還沒能實現。

        主持人芬芬:既有那么大的質量,也有那么大的壓力。

        劉暾:對,我們現在用什么辦法呢?做一個實驗裝置,重量我們設法補償掉,讓它變成整車的1/6,然后利用和月球相近的土壤,做一些模擬實驗,這樣一來,我們只能做一個輪子。一臺月球車,我們六個輪子分著來做。

        主持人芬芬:它的具體環境,比如月球那么大的溫差、輻射也要考慮,研發過程當中是怎么把這些因素考慮進去的呢?

        劉暾:這種辦法沒有辦法模擬,怎么做呢?我們做成零部件,溫度、溫差影響最大的是零部件,我們把零部件擱在一個裝置里,可以降溫,降到零下一百五六十度,然后升溫,包括抽空,模擬月球上的環境,能模擬的都模擬,讓它在里面工作。比如說模擬一年,就讓它在這兒工作一年。通過了,就把零件掛在真實的上面去。

        網友:人餓了也要吃東西,月球車在上面沒有動力的話,是通過什么來補充它的能量?

        劉暾:白天用太陽電池,不論月球車,還是火星上的,有一個很大的平板,像咱們計算器或者是其他的小太陽電池,一個一個地把它并列地放在上面,發電。白天發的電,多余的部分充電,在夜晚讓蓄電池工作。

        主持人芬芬:可是這個時間很長,據說白天和晚上,相當于地球的28天。

        劉暾:比如有些儀器不能在下零一百多度工作,我們只要維持它的工作,假如它要求不能低于正二十度,那夜晚的時候我們就維持它在正二十度左右,把這個夜晚渡過,第二天太陽出來了,又可以工作的,就相當于復活了似的。

        網友:月球車需要完成哪些任務,會帶哪些工具去,停留多長時間?

        劉暾:月球車的任務取決于我們的規劃,我們現在探測月球,確切的任務我記的不是很準確。一個是實地地分析一下月球土壤的構成,比如有沒有地球上的各種元素,現在我們已經知道了,基本上地球上的元素月球上也有,就是比例不一樣。但月球上有一種特殊的元素,地球上很少,很稀缺,就是氦-3,這個也需要進行一些分析。還有一種,比如月球環境,我們說沒有空氣,太陽輻射大,大到什么程度呢,這恐怕也需要測量。還有一些物理參數,比如月球引力場有沒有,多大,我們說月球沒有磁場,不是說一點磁場都沒有,而且局部都不一樣,各個地方的引力也不一樣,等等。月球沒有大氣的阻攔,我們觀測天文就更方便,比地球上能看到得更多,像搞天文或者是天體物理這些專家們都是很感興趣的。

        所以,它完成什么任務,取決于我們的規劃。

        主持人芬芬:我們需要它完成什么樣的任務,在它的自身設置、配置方面會進行改裝、改良,讓它有更多的功能。

        劉暾:是的。

        主持人芬芬:目前對于月球車的基本要求,就是對于土壤的分析?

        劉暾:土壤分析是肯定必須有的。

        主持人芬芬:還有其他的。

        劉暾:土壤就包括各種元素的分析,包括物理量,還有液面的,比如月球的地形、地貌,這樣都會包括進去的。

        網友:探月計劃的二期工程大概什么時候實施,月球車什么時候能夠飛向月球車?

        劉暾:確切地我還說不準,但根據一般的材料報道,2012年以后,實施第二階段。我們一共是三個結論,就是繞、落、回,第二階段就是落到月球上面去,這就需要月球車了,但確切的時間還沒有。

        主持人芬芬:因為“嫦娥一號”下旬才發射出去,到時候需要看“嫦娥一號”發回來的數據,再進行調整。

        劉暾:對,恐怕還不能光靠一號,還要探測月球哪個地方最值得我們去,卓越點在什么地方,那個地方安全不安全,這一系列的問題都需要解決,才能夠真正發射。

        主持人芬芬:您剛剛說到,咱們研發月球車有很多技術的參數、設計,可以借鑒前面的研發資料。 2000年到現在,肯定有很多研發資料,在研發過程當中肯定是不斷地更新和改良,在這個過程當中都有一些什么樣的經歷,我們也都特別好奇,想知道。或者曾經有過一些失敗的嘗試,能不能具體地介紹一下。

        劉暾:我們先是參考各種資料,然后想到國外去實地調查一下,但英美方面我們沒有聯系通,因為沒有相當的渠道。俄羅斯方面我們聯系通了,所以到俄羅斯進行了實地考慮,跟他們有關技術人員和獨聯體的其他國家,進行了一些考察、座談和部分協作,通過這個我們有了一些了解,從這兒開始我們做了一些基礎工作。大概到2004年,我們才把方案最終敲定,進行繪圖設計,04年底或者05年初,剛才大家看到的月球車就做出來了。中間也是有一些捕捉,包括電機燒壞,我們重新定電機,很費時間的。在這期間,我們培養了一些碩士研究生、博士研究生和博士后研究生,再有一些年輕教師。

        主持人芬芬:這幾年的研發歷程,您覺得這個項目當中最難的部分是哪個部分?

        劉暾:最難的就是行程方案,我們想如果這個方案就是重復國外的,就沒有太大必要了,那我們就依靠國外資料就可以了。而且我們希望在前人的基礎上有所創新,外國人做的通過我們的研究,也做得很好,真正想改進也不是很容易的事情,但我們還是找到了一點不足,進行克服,這是我們經過長期的思考,各種方案我們經過論證、計算、互相討論等等,最后形成這樣這個方案;當然現在這個方案,我們也覺得不是完美無缺的,還需要繼續改進。

        網友那里下雪了:我國月球車的整體水平處于什么樣的水平,是完全自主知識產權嗎?

        劉暾:其他單位的研制過程我知道的不是很清楚,而我們這個月球車是完全自己的知識產權,因為我們沒有見過構形,左右不對稱的,而且我剛才說的越溝、越障礙,重新分配牽引能力,這些能力是我們獨特的。

        主持人芬芬:大部分創新還是屬于自主的。

        劉暾:對,但我們這個還不是登陸樣板,是實驗原理,包括到月球上是不是這個形狀,如果方案被采用,還需要有很大的改動。

        主持人芬芬:具體在某一年,各個研究機構把月球車項目、方案進行評比,然后由國家選出,具體由哪家單位研發,最終敲定以后,就由那家主要研發這個項目。 劉暾:對,有可能這樣做。我們當然希望,我們的某一部分思路能夠被采納。這是我們的希望。

        主持人芬芬:也是利用周末的時間,邀請劉教授來我們直播間和大家交流,有很多網友參與,也感謝大家能夠及時地和我們劉教授互動。也謝謝劉教授,在短短的一個小時當中,跟我們交流了這么多的信息,讓我們了解了月球車,謝謝您。

        劉暾:謝謝主持人,也謝謝網友,感興趣的人,希望大家可以進一步和我們討論。

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