月面驻留任务推进到中期扩建阶段后,固定落点的栖息舱不再只承担单点避险功能,往往需要随勘探路线、月尘遮蔽区、光照补给窗口调整位置,常规外置拖车需要额外占用转运载荷空间,还要在舱体外部预留牵引挂点,对接过程中航天员出舱操作链路长,低重力下挂接对位容错率很低。这套轮式承载机构的核心思路,是把整套行走驱动结构完全收纳在栖息舱圆柱段的径向闲置空间内,不额外突出舱体主轮廓,发射入轨、地月转移阶段整套机构随舱一体运输,不需要单独安排运输舱位,落地解锁后即可直接投入移位作业。
从结构布局来看,承载轮组沿舱体底部环向对称布置,每一组行走单元都包含独立的摆臂、阻尼缓冲件、驱动小齿轮与弧形大齿圈,大齿圈贴合舱体底部法兰环整圈加工,轮组摆臂的收放动作通过齿圈啮合实现角度翻转。转运状态下摆臂向下摆出,弹性行走轮超出舱体最低轮廓,将整舱抬离月面;驻留状态下摆臂向上回转,轮组完全收进舱壁内侧的预留凹槽,舱体底部支撑脚直接接触月面,不会让轮胎长期承受整舱静载荷,也避免月尘长期堆积在轮面接缝处。
轮面采用带横向防滑肋条的宽幅踏板结构,接触面积比常规月球车车轮大数倍,月壤承压能力极低的区域也能把接地比压控制在安全区间,防止轮体下陷打滑。摆臂与舱体的铰接点选用带自润滑衬套的回转支座,铰接位置设置多层迷宫密封,阻挡月尘进入转动副。驱动单元集成在摆臂根部,动力输出端的小齿轮同时兼顾两个动作路径:一部分扭矩传递给轮轴实现行走转动,另一部分扭矩通过离合切换驱动摆臂绕铰接点翻转,单组动力部件即可完成收放与行走两类动作,减少分散驱动元件带来的重量代价。
安装边界方面,整套机构所有运动部件的最大外伸尺寸都不超出栖息舱圆柱段的外径包络,发射阶段不需要额外的防护外罩,舱体对接火箭适配器时也不会发生结构干涉。环向布置的多组轮单元在行走时可独立调整摆臂角度,遇到月面凹凸落差时,单轮抬升或下沉不会带动整舱倾斜,配合重心配平块可让舱体始终保持水平姿态,避免舱内设备、生命保障管路因倾斜出现液位偏移。
设计过程中优先规避了外置牵引方案的多处痛点:不需要在舱壁额外焊接牵引吊耳,不会破坏舱体密封层的完整性;转运完成后轮组收回,舱体外部没有突出构件,舱体周边的航天员活动通道完全无遮挡;多轮组分布式驱动还具备冗余能力,单组轮机构卡滞时,其余轮组仍可完成短距离移位,不会出现整舱滞留在风险区域的问题。结构建模时需要重点核对齿圈的啮合侧隙,低温下月面结构件收缩量远大于地面工况,侧隙预留量既要补偿温度变形,又不能过大导致换向冲击;摆臂的极限摆角位置设置硬限位,防止收放过程中轮体磕碰舱体外部的散热片与通讯天线。
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