玉兔(中国首辆月球车玉兔号)

玉兔号（英文：Yutu rover）月球车是中国自主设计制造的第一款月球车（又称：月面巡视探测器），与着陆器共同组成嫦娥三号探测器。

玉兔号重约140千克，呈长方形盒状，长1.5米，宽1米，高1.1米，周身金光闪闪。由移动、导航控制、电源、热控、结构与机构、综合电子、测控数传、有效载荷8个分系统组成。利用太阳能为能源，配备上6个行走的轮子，具备20度爬坡、20厘米越障能力。配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器，可以把探测到的讯息传送回38万公里外的地球。

2013年12月2日1时30分，搭载着嫦娥三号的长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心发射升空并准确入轨。12月15日4时35分，嫦娥三号着陆器与巡视器分离，玉兔号巡视器顺利驶抵月球表面。2016年7月31日晚，玉兔号月球车超额完成任务后停止工作，着陆器状态良好。“玉兔号”是中国在月球上留下的第一个足迹，一共在月球上工作了972天。

玉兔号由中国自主制造，国产率达到100%。是自1973年苏联的月球车2号以来首个踏上月球表面的无人月球车。

历史沿革

研制背景

中国探月工程采用“绕、落、回”三步走发展战略，每一步都是对前一步的深化，并为下一步奠定基础。“绕”月探测是中国探月的第一步。2007年10月24日，中国发射第一个月球探测器“嫦娥一号”。中国探月工程的第二步是“落”月探测，嫦娥二号卫星验证了落月部分关键技术，而嫦娥三号探测器和嫦娥四号探测器实现落月。其中月面巡视又是第二步“落”任务中的关键一环，必须要依靠月球车完成。于是经过10年艰苦攻关，由中国航天科技集团五院抓总研制，集合了八院、中国科学院星、中电集团等多家单位和多所高校的产品与技术，中国研制成功首个月球车。

研发过程

考虑到月面环境的特殊性，研制人员在对美国和苏联月球车相关资料进行充分调研的基础上，结合中国的实际情况，对巡视器进行了精心的设计。在最初两年多的预先研究阶段，主要完成了各种不同方案的优选，研制出了原理样机，并进行了各种复杂的测试。

“玉兔号”月球车在研制过程中面临月尘问题，为解决这一问题，研制人员进行了两年的研发，进行了多项严格测试，最终找到了合适的防尘密封圈配方。同时，研制人员还突破了多项关键技术，包括月面巡视技术、月夜生存技术、测控通信技术、综合电子技术以及月球探测科学及仪器技术等。在综合电子分系统中，研制人员将不同分系统中的控制功能进行了最大化的集成，使得“玉兔号”能够更加高效地执行各项任务。

“玉兔号”月球车的移动分系统的组成以及在着陆和释放过程中的稳定性问题。移动分系统由多个组件构成，包括车轮、行进驱动机构、转向驱动机构、左右摇臂悬架和差动机构等。设计师们从车轮的棘爪入手，提高控制的精度，确保导轨释放过程中车轮零转速，从而让月球车在着陆和释放过程中更加稳定。此外，科研人员还采取了主副摇臂加差动机构的悬架设计、六轮独立行进驱动、四轮独立转向的构型方案，以确保月球车具有优秀的行驶和越障能力。即使在行进过程中某个轮子被卡住，其他独立驱动的车轮也能帮助月球车摆脱陷阱，继续执行任务。

“玉兔”在上天之前，研制者进行了大量的验证试验，其中包括了移动分系统能力件模拟月壤场地极限能力试验行驶里程累计超过20公里，总爬坡次数超过700次，总越障次数也达到了700余次。这些数据展示了研制者对“玉兔”性能的严格要求和测试的全面性，以确保其在月球上的行驶和越障能力达到最佳状态。

任务历程

月面着陆

嫦娥三号探测器于2013年12月14日21时11分成功着陆在月球西经19.5度、北纬44.1度的虹湾月海以东区域。随后，按照计划开展了着陆器与巡视器分离的各项准备工作。在23时45分，地面科技人员进行了最终检查确认，随后向嫦娥三号发送指令，两器分离开始。在飞控大厅屏幕上可以看到嫦娥三号着陆器和“玉兔号”巡视器都顺利地完成了太阳翼的展开和桅杆的伸出。

嫦娥三号巡视器在着陆后，于2013年12月15日凌晨开始向转移机构移动，并在4时06分正常解锁转移机构，将巡视器托举着展开、降落，接触月面，并在着陆器与月面之间搭起了一架斜梯。4时35分，“玉兔号”巡视器踏上月球，在月面上留下了一道深深的痕迹。着陆器监视相机记录下了这一过程，并将成像数据及时传回地面。

月壤探测

2014年1月14日21时45分，在北京航天飞行控制中心精确控制下，玉兔号月球车舒展“玉兔之手”—机械臂，对脚下月壤成功实施首次月面科学探测。这次探测任务的成功，标志着中国突破了月面高精度机械臂遥操作控制技术，实现了38万公里之外的机械臂毫米级精确控制。

巡视探测

嫦娥三号探测器着陆器上的月基天文望远镜在近紫外波段对天体变源的亮度变化进行了持续监测，并成功观测到23颗星象。与此同时，玉兔号月球车上的全景相机对着陆器进行了多点成像，并对巡视器周围月面进行360度环拍，从而获取了多幅图像数据。此外，测月雷达获得了两个通道的探测数据，能够探查到月表下140米内和10米内的浅层结构。这些科学探测数据为建立巡视探测区地形地貌、地质构造、物质成分和浅层结构于一体的综合地质剖面提供了基础，并为区域地球化学与构造动力学研究打下了坚实基础。这些数据不仅揭示了月球表面的地质特征和结构，而且为未来的探测和研究提供了更多线索和依据。

发生故障

在2014年1月25日凌晨进入第二次月夜休眠前，受到复杂月面环境的影响，导致玉兔号的机构控制出现异常。在2月10日，第一次玉兔号唤醒失败，但在2月12日夜，玉兔号已全面苏醒，状态趋于好转。尽管“机构”仍然有待进一步恢复，但玉兔号的其它部分都处于正常状态。在2月23日凌晨，嫦娥三号着陆器再次进入月夜休眠，而玉兔号月球车于2月22日午后进入休眠。在第四个月夜休眠期前，“玉兔”虽然出现了机构控制异常，但其它功能都正常。

超期服役

中国探月工程总设计师吴伟仁2014年9月4日在澳门表示，月球车出现故障说明我们对月球环境仍然缺乏了解，尤其是对月尘的认识不足。吴伟仁指出，月尘比地球上沙漠里的沙子还要细小得多，如果精密的月球车有一点月尘进入，就可能导致短路，从而使其移动系统发生故障。幸运的是，除了移动系统外，月球车搭载的四大科学仪器运行正常。玉兔号的设计寿命是3个月，现在已经服役了10个月，算是超期服役。然而，它的功能也会随着时间的延长而逐渐衰竭。

结束任务

2016年7月31日晚，玉兔号月球车超额完成任务后停止工作，着陆器状态良好。玉兔号是中国在月球上留下的第一个足迹，一共在月球上工作了972天。

命名

命名征集

从2013年9月25日开始，新华网和腾讯新闻客户端共同发起了一次征名活动，共收到了来自公众的19.31万件方案。在2013年10月26日，来自社会各界的14位评审委员从文化内涵、航天事业、民族特征、创意等角度对所有的方案进行了评审。经过多轮投票，最终选出了10个入围的名称，进入为期一周的网友投票环节。

在10天的网上投票过程中，共计收到有效投票3445249张。其中，玉兔号、钱学森号、揽月号、寻梦号、前进号、探索号、追梦号、梦想号、追月号和使命号这10个名称分别获得了不同的票数，并按照票数进行了排名，玉兔号得票649956张，排名第一。

在11月12日举行的终评会上，专家又展开热烈讨论，通过评委评分与公众投票加权计算的方式评选出“玉兔号”“揽月号”“寻梦号”三个名称方案上报。

11月26日上午9时，国防科技工业局举行新闻发布会，正式宣布将“嫦娥三号”月球车命名为“玉兔号”。

命名含义

中国探月工程总设计师吴伟仁在接受记者专访时表示：“这既是对历史文化的传承，同时也体现了中华民族对神秘太空的热爱和向往。” 在中国传统文化中，兔子是吉祥之物。“玉兔号”寓意为月亮上居住着像玉一样的兔子。而“揽月”则表达了中国人探索宇宙奥秘、登上月球的美好愿望。

性能参数

技术特点

全景相机

玉兔号”月球车是我国首个实现月球表面形貌与地质构造调查监测等科学目标的巡视器。作为其重要载荷的嫦娥三号全景相机，如同兔子的眼睛一样，实现了巡视区月表的三维立体成像。它用于调查巡视区的地形地貌、解析月球地质构造，同时对着陆器进行彩色拍照，以获得着陆器成功着陆后的工作状态。全景相机由两台功能、性能、接口完全一致的相机组成，安装在“玉兔号”桅杆上。它利用双目立体成像原理来获得场景的三维图像，为月球科学研究提供了丰富的数据。

红外成像光谱仪

红外成像光谱仪是由中国科学院上海技术物理研究所研制的，它位于五星红旗正下方。该仪器能在红外和短波红外两个波段工作，其中红外波段可以非常精细地观测光谱，从而判断出不同的物质。在月球车行进过程中，光谱仪能够沿着行走方向成像，并探测月球表面物质的成分。

测月雷达

测月雷达在人类历史上是第一次进行这样的测量活动。它是一种高分辨率的超光态雷达，不仅可以穿透物质，还主要用于测量月壤厚度和月球月岩浅层结构。这种雷达分为低频段和高频段，两个频段覆盖范围略有重叠，可以互相验证。此外，测月雷达的天线也非常特殊，低频段的天线被装在巡视器的侧面，而高频段的天线则是一个微带天线阵，装在月球车的肚子下面。

粒子激发X射线谱仪

粒子激发X射线谱仪是月球车上的重要载荷，能激发月岩和月壤中的元素并探测其特征X射线，从而得知月球元素的种类和含量，为研究月球地质化学过程和形成演化提供重要数据支持。该仪器由中科院高能物理所研制，是中国在粒子物理和核物理领域的重要成就之一。

月球车悬架

月球车移动系统的研究面临的主要挑战是如何适应月表崎岖的地形、大温差和月尘等极端环境。为了解决这些问题，研究团队提出了采用多摇臂悬架和多驱动轮的方案，并建立了构型图谱库。通过综合研究，他们形成了一套包含多自由度变悬架构态、两侧悬架差动联接和载荷自重比大的月球车移动系统设计理论。

在此理论指导下，研究团队陆续研发了多种样机，包括四轮、六轮和八轮等。2006年，他们与中国空间技术研究院合作，成功研制出国内第一款月球车移动系统工程样机，并在沙漠外场试验中取得了良好的验证效果。2009年，他们提供了六轮月球车移动系统正样产品研制的基本设计参数，为后续的研发工作奠定了基础。

月球车车轮

研究团队为确保月球车车轮能够在松软崎岖的月面上顺利运行，建立了能够反映滑转沉陷、轮刺、载荷等多种物理效应的高精度地面力学模型，提出了车轮结构参数优化设计方法，并设计研制出多种构型车轮，如筛网轮等。其次，他们在国内首次研制了车轮运动特性多功能测试装置，通过大量试验揭示了车轮参数和运动状态对牵引性能影响的内在规律，为“玉兔”月球车车轮工程设计提供了原始数据。

月球车机械臂

研究团队为“玉兔”月球车机械臂的研制，设计出了月球车关节式机械臂样机，这个机械臂可以携带探测仪器进行月壤成分探测。其次，为了确保机械臂在极端工况下的生存和正常工作，他们进行了地面环境试验，并设计了锁紧-释放-停靠复合连接分离技术方案，让机械臂能够自如地收放。

突破月球重力

研究团队在嫦娥三号探测器项目中为进行整车月球低重力试验，提出了利用单吊索方式模拟月球车月面轮压的测试方法，并成功地解决了高精度摇臂质心转矩校正、快响应恒拉力控制、长距离三维跟踪技术等难题。其次，他们研制了可以在真空、低温环境下模拟月球重力辅助太阳翼展开的试验装置，从而确保了月球车在低重力环境下的正常工作。他们综合了月面低重力和地形几何与物理特性信息，实现了月球车运动的数值模拟，为后续的月球探测任务提供了重要的参考数

自主研制永磁无刷电机

哈尔滨工业大学电气学院微特电机与控制研究所承担的玉兔号月球车机械臂关节电机项目。他们合理地平衡了机械臂电机高功率密度和高效率之间的矛盾，力求在保证机械臂电机具有高功率密度的同时，减少每一克质量并保证其具有高的机械强度与可靠性。他们成功研制出了具有体积小、功率密度高的特点的机械臂关节用永磁无刷电机，这种电机的特殊结构使机械臂关节结构更加合理。还协助解决了月球车行走平稳的问题，为月球车的顺利运行提供了有力的保障。

休眠模式

玉兔号月球车适应月表极端温差，采用导热流体回路、隔热组件、散热面设计等技术，耐受300摄氏度温差。为应对14天极低温度，它有休眠模式，可自动进入休眠状态养精蓄锐，又能自动唤醒重新投入工作。此外，科研人员设计了可伸缩的太阳能电池帆板解决唤醒难题。这些技术和设计增强了玉兔号适应月表恶劣环境的生存能力。

玉兔号月球车白天展开太阳能电池帆板供电，夜晚收起保护仪器。它还会调整帆板角度避免过热，并在月午进行“午休”。玉兔号设计寿命3个月，要在白天和黑夜中交替工作。

主要成果

嫦娥三号探测器着陆在一个直径约450米的“年轻”撞击坑边缘，而“玉兔”车在这个撞击坑旁边行走了约114米，最终因机械故障无法继续移动。在行驶过程中，“玉兔”车发现了很多大石块，其中距离最近的一块被取名为“龙岩市”，长约4米，高约1.5米。根据肖龙的说法，“龙岩”的结构非常特殊，与以往美国获得的玄武岩样品不同。主要表现为组成矿物的粒度较粗，类似于地球上的辉绿岩或辉长岩，这表明在这种岩石形成时岩浆的冷却速度很慢。科学家们初步分析后发现，月球的地质史比以前认为的更为复杂。这一成果于2015年3月12日在美国《科学》杂志上发表，这是中国嫦娥探月工程实施以来，首次在国际顶级学术期刊上发表科学成果。

中国首台月基光学望远镜利用月球高真空无大气影响和月球自转缓慢的特点，在月面上进行了近紫外天文观测，获得了18.7万幅图像数据。同时，通过对一批重要密近双星进行观测，得到了完整的紫外光变曲线，发现仙王座GK星是双星快速物质交流演化中的天体，这一发现对检验双星理论模型具有重要意义。此外，该望远镜还对月球外逸层水含量进行了最新测量，修正了国外得出的月球上有大量水分子存在的结论。

国际上首次研制成功的极紫外相机，在月面上对地球周围等离子体层进行的观测成果。通过在月面上对地球周围15个地球半径的大视场等离子体层进行极紫外观测，获取了1300多幅地球等离子体层图像数据。这些数据首次揭示了地球等离子体层边界在磁层亚暴的影响下发生凸起的现象，这一发现既揭示了太阳活动对地球空间环境的影响，又确认了地球等离子体层的尺度与地磁活动强度呈反相关关系。这一观测结果支持了等离子体层的空间结构受到地球磁场和电场约束及控制的最新观点。

所获荣誉

2017年1月9日，嫦娥三号工程荣获。

社会评价

“嫦娥三号探测器”完成了中国首次地外天体软着陆任务，实现了探月工程“绕、落、回”三步走的第二步战略目标。同时，“嫦娥三号”月球探测器“玉兔号”还创造了当时在月工作最长的世界纪录，成为中国探月工程的一个重大突破。（中央广播电视总台评）

嫦娥三号，将用探月梦、航天梦推动中国梦的实现。嫦娥三号是自1972年12月美国阿波罗计划结束后，全球重返月球的第一个软着陆探测器。（法国《费加罗包》网站评）

嫦娥三号探测器发射成功加快了中国的太空开发速度，也为2020年左右的独立宇宙空间站建设，及2025年载人登月奠定了基础。中国不仅经济快速发展，在象征科技进步的太空开发方面也直追美国，显示了不断增强的中国国力。对于中国新一代领导班子来说，嫦娥三号探测器发射成功也将增强中国国内的凝聚力。（日本时事通信社评）