火星车系统动力学建模与仿真分析

潘 冬，李德伦，袁宝峰，贾 阳，王 瑞，张泽洲

（北京空间飞行器总体设计部，北京 100094）

引 言

星球车是当前世界各国开展地外星表探测的重要手段。俄罗斯月球车“Lunokhod1”“Lunokhod2”于1970年和1973年相继成功登陆月球，标志着星球车进入实际应用阶段[1]。1971年7月30日，由“阿波罗15号”（Apollo 15）携带的美国载人月球车（Lunar Roving Vehicle，LRV）登陆月球，成为世界上最早实现空间应用的载人星球车。l971年，俄罗斯火星车PROP-M随苏联自动考察站“火星3号”（Mars-3）探测器登上火星，是世界上第一辆用于火星探测的星球车[2-3]。1997—2004年，美国掀起应用星球车进行火星探测的热潮，先后成功发射了“旅居者号”（Sojourner）、“勇气号”（Spirit）和“机遇号”（Opportunity）火星车。2012年，美国“好奇号”（Curiosity）成功着陆火星，成为目前功能最为强大的火星车[4-5]。2013年，中国“玉兔号”月球车成功登月，标志着中国成功掌握了基于星球车的星表探测技术[6]。2016年，中国首次火星探测任务正式立项，计划于2020年发射火星探测器，一次实现“环绕、着陆、巡视”3个目标。

根据美国的火星探测经验：六轮被动摇臂-转向架式火星车在火星表面行驶时多次发生车轮沉陷，且爬坡能力不佳[7]。针对此问题，中国火星车采用六轮主动悬架式移动系统，通过悬架的主动变形，不仅可以实现车体高度调整、抬轮、蠕动前行等，还可改变系统质心的相对位置，对于改善火星车的通过性能以及稳定性具有重要意义。

主动悬架式移动系统属于首次在轨应用，国内外学者对其研究相对较少，邓宗全等[8]对主动悬架式移动系统抬轮原理进行了分析与验证；陶灼等[9]对火星车主动悬架的几何参数进行了分析优化；……