文章核心观点 - 一款创新的软质可展开无气轮为解决月球熔岩管等坑洞探测的机动性难题提供了突破性方案 该轮采用交叉螺旋形弹性钢条结构 无需复杂关节和额外执行器 即可在紧凑收缩与大幅展开间转换 并展现出优异的抗冲击 抓地力及热稳定性 为未来月球洞穴探测及建立长期驻留基地提供了关键技术支持 [5][6][8][9][13][23][24] 月球洞穴探测的背景与挑战 - 月球坑洞和洞穴是未来人类长期驻月的理想选址 能天然抵御宇宙辐射 微陨石撞击和极端温差 但其漏斗状 内壁陡峭的地形使得安全进入和探测成为技术难题 [2] - 传统探测方案依赖复杂的重型设备 存在成本高 部署风险高 适应性差等问题 绳降设备可能引发坍塌 传统探测车的刚性车轮难以应对陡峭坡度和障碍 [2] - 传统探测车轮存在瓶颈 刚性可变形轮的裸露关节易受机械冲击和月球风化层侵蚀 传统软轮为保证接地面积需超大轮径 无法适配紧凑型探测车 [4] 创新方案：软质可展开无气轮的设计与原理 - 核心创新在于采用交叉螺旋形的弹性钢条结构 通过材料形状变换实现轮径伸缩 避免了传统关节的机械脆弱性 实现了应变均匀分布 减少了故障点 [6] - 该结构具有“互易特性” 条带相互交织支撑 在储存状态下可紧凑收缩 在承受垂直载荷时能抵抗变形 轮子可从230毫米收缩状态自动展开至500毫米最大直径 展开比超过2 无需额外执行器驱动 [8][9][13] - 设计原理由轮毂两侧反向旋转驱动展开与收缩 通过调整条带参数实现顺畅滑动 最优设计参数为：轮毂半径30毫米 采用10条长200毫米 宽30毫米 厚0.4毫米的弹性钢条 [10] 轮子的性能测试与验证 - 热稳定性：针对月球表面127摄氏度至零下173摄氏度的极端温差 热环境模型测试显示 轮子独特几何结构形成的自然阴影区虽产生高达150开尔文的温度梯度 但预留的几何公差可有效吸收热应变 弹性钢条在宽温范围内保持机械完整性 配合隔热垫片及“仅白天运行”策略 无需额外主动加热器 [14][15] - 抗冲击与真空测试：在423开尔文（约150摄氏度） 10⁻¹托尔的真空环境中放置24小时后 轮子性能无明显衰减 将9.3公斤载荷从770毫米高度垂直坠落以模拟月球重力下100米落差冲击 轮子保持完好 [18] - 牵引与机动性：在模拟月球风化层中 配备该轮子的探测车能稳定攀爬10°坡度 滑移比控制在0.5以下 能轻松穿越200毫米高的障碍 [13][18] - 综合实地测试：配备该软轮的两轮模拟探测车在模拟月壤上平稳行驶且不易陷车 从4米高度（地球重力）坠落后仍能正常运行 成功攀爬200毫米高 坡度34°的阶梯障碍 在陆地洞穴不规则岩石地形上灵活穿梭 [21] 技术应用价值与未来展望 - 该轮模块化设计可轻松适配各类微型探测车 无需对主探测器大幅改造 可实现多辆微型探测车的“集群探测”模式 分散任务风险 [23] - 摒弃复杂重型部署设备 依靠自身变形和抗冲击特性 可直接从坑缘坠落进入洞穴 大幅降低任务复杂度和成本 [23] - 月球洞穴探测价值凸显 不仅可为宇航员提供安全庇护 其内壁分层基岩能反映月球地质历史 永久阴影区可能储存水冰等关键资源 [23] - 未来将进一步优化材料性能 探索采用更轻量化的航天级材料如聚醚酮（PEEK） 在保证刚度同时降低重量 并推动与太空级微型探测车系统集成 [24]