在过去或未来的探月计划中，月球车始终扮演着月表探测的核心角色。
不知你在惊叹于月球车神奇表现的同时，是否留意过这样一个细节：无论是苏联的月球车一号，还是美国的阿波罗探月飞行器（LRV），乃至我国的玉兔号，这些成功踏上月球的月球车，它们的轮胎都摒弃了常见的橡胶充气轮胎，转而采用金属丝网编织的轮子。
玉兔号月球车
那么，究竟是什么原因促使科学家们做出这样独特的设计决策呢？
传统橡胶充气轮胎的 “月球困境”
月球表面的温度环境极为极端，月表温度白天可达150℃，而夜间又低至?150℃。在如此巨大的温差变化下，橡胶轮胎面临着严峻的考验。橡胶是一种高分子材料，其物理性能对温度极为敏感。高温时，橡胶分子链的运动会加剧，导致橡胶变软、弹性下降，甚至出现融化流淌的现象；低温时，分子链的活动受限，橡胶会变硬变脆，丧失柔韧性。这种因温度变化而产生的性能波动，会使橡胶轮胎在月球表面迅速老化、龟裂，轮胎的使用寿命大打折扣，无法满足月球车长期、稳定运行的需求。而金属丝网轮胎则可以承受更大的温差，它的材料具有很好的耐热性和耐寒性，不会因为温度变化而失去弹性和强度。
另外，由于月球没有大气层的保护，太阳风、太阳耀斑等高能粒子会毫无阻挡地直接辐射到月球表面。橡胶在高能太阳射线的长期作用下，分子链会遭受破坏。辐射会加速轮胎的老化过程，使轮胎出现龟裂、强度下降等问题，会增加轮胎在行驶过程中发生故障的风险。
其次，月球上的重力只有地球上的六分之一，这一特殊重力环境也会对橡胶充气轮胎产生了不利影响。长期处于这种低重力状态，橡胶轮胎难以保持正常的形状和压力，容易出现变形、瘪胎等问题，会影响月球车在月面的正常运行。而金属丝网轮胎则可以保持稳定的形状和弹性，不会因为重力变化而影响性能。
最重要的是，整个月球表面覆盖着一个松散层，它们由岩石碎块，角砾状岩块、砂和尘土等组成，被称为月壤。一旦轮胎被这些尖锐的岩石等障碍物刺破，充气轮胎内的气体将迅速泄漏，导致轮胎瞬间失去气压。在月球上，这样的情况将会使月球车失去行动能力，无法继续执行探测任务。而且，在月壤环境中，橡胶轮胎的抓地力和耐磨性也面临挑战，容易出现打滑和过度磨损的问题，进一步降低了其在月面行驶的可靠性。金属丝网编织而成的轮子，再辅以其他特殊设计后所构建的轮胎结构，相较于传统橡胶充气轮胎，更能从容应对月面复杂多变的路况，有效降低因轮胎故障致使探测任务失败的风险。
既然月球表面环境如此严苛复杂，那为何在实际的月球车设计中各国不采用具备更强的通过性、稳定性以及越障能力的履带式车轮呢？
履带式车轮的 “理想与现实落差”
坦克上的履带式车轮
履带式车轮虽然在理论上具有较强的通过性和稳定性，以及更强的越障能力，但在月球环境中却存在诸多难以克服的缺点。
在防尘密封方面，月壤颗粒细小且具有一定的粘性，容易进入履带的传动部件和关节处，导致磨损加剧甚至卡死。这不仅会影响履带的正常运转，还可能引发机械故障，使月球车失去行动能力。而且，履带式移动系统的重量较大，机构复杂，包含众多的链条、滚轮和支撑结构等部件，会使得整个系统结构变笨重。月球车重量的增加会对运载火箭的运载能力提出更高要求，在月球车能源供应有限的情况下，高能耗还会严重影响月面任务的执行效率和持续时间。
在载人探月任务中，履带式月球车在划分空间布局时也存在一定问题，其内部空间相对较小，难以合理安排航天员分系统与月球车自身设备，无法满足载人任务对空间和舒适性的要求。
金属丝网轮胎的优缺点
在探索月球的征程中，金属丝网轮胎发挥了关键作用，这些作用具体表现在哪些方面呢？
首先，金属丝网轮胎的重量优势极为突出。以阿波罗月球车为例，其轮子在地球上仅重5.4千克，到了月球上仅约900克。这有助于降低月球车的能耗，提高能源利用率，使月球车能够在有限的能源供应下行驶更长的距离，完成更多的探测任务。
阿波罗月球车轮胎胎面的人字形钛条
其次，金属丝网轮胎的结构设计精妙，其内部的2024-T4 铝制轮毂通过搭配“钛金属内胎”，可承受454公斤冲击，无惧月球岩石的撞击。另外，胎面顶部采用人字形钛条进行巧妙铆接，覆盖了50％接触区，能为轮胎提供更好的抓地力。月球车借此可以轻松攀爬25度倾坡，跨越1英尺高的障碍物。最后，轮胎的编织外胎还采用了800股镀锌钢丝的纯手工编织。遇到小障碍物时，外胎可以变形吸能，保障月球车的平稳行驶。
不过，它也并非十全十美。金属丝网的网眼很容易让灰尘趁虚而入。受月球上低重力、真空环境的影响，月尘在静电作用下极具黏性，常被甩到宇航员身上。为此，月球车上需要加装挡泥板，宇航员还得随身带上刷子，随时清理车载电子设备，确保设备能够正常运转。
虽有不足，但总体而言，金属丝网轮胎为月球探索立下了汗马功劳。另外，轮式移动机构也展现出了显著的优势。运动速度快、传动效率高、结构紧凑的特点使其在月球车设计领域备受关注。不仅如此，采用轮式结构也能减轻月球车的整体重量。
此外，轮式移动机构在设计上更容易实现小型化、轻型化，与月球车的整体设计理念相契合。月球车需要携带各种有效载荷，如探测仪器、挖掘采样器等，轮式结构能够更好地适应这些设备的安装和运行需求，确保月球车在月面的探测工作顺利进行。
随着航天技术的不断发展，未来月球车轮胎的设计或许会进一步优化，但金属丝网编织轮子在当前月球探测任务中的合理性和重要性不可忽视，它为月球车在月表的成功探测奠定了坚实的基础，助力人类不断拓展对月球的认识和探索边界。
部分信息来源于：中国工程院院刊、科普中国、知网
（科学性审核：郑永春博士、空间科学传播专家工作室）
京公网安备11010502039775号
信息网络传播视听节目许可证0111611号
国家科技基础条件平台
