當埃隆·馬斯克首次發射重鷹火箭，將他的櫻桃紅特斯拉跑車(Tesla Sportscar)送入太空後不到一年之際，日本宇航研究開發機構(JAXA)和豐田(Toyota)宣布聯合開發載人月球車計劃。
2019年3月12日發表的這項聲明顯示，日本將加大太空探索力度，利用本國擅長的關鍵技術，尤其是汽車領域。JAXA與NASA有望在2020年4月籤署協議，將豐田月球車送上月球表面。
對於馬斯克特斯拉跑車來說，還有一個壞消息：這款豐田月球車續航裡程大約1萬公裡，大大超過特斯拉續航能力。這一大幅提升得益於下一代燃料電池技術。
JAXA副局長若田（Wakata）表示：「JAXA正在研究將各種方案和技術應用於特定的太空任務。載人月球車將是支持人類探月的重要部分，預計將在21世紀30年代實現。我們目標是2029年發射這款月球車。」
對於JAXA來說，合作研發月球車是明智之舉。因為汽車公司擁有高度發達的機器人技術和自動駕駛技術。這款月球車可以一次搭載太空人長達數周，讓太空人具有更大活動範圍在月表探測，就像阿波羅月球車一樣。
但與阿波羅月球車不同的是，豐田月球車除了具備加壓艙以外，還具備自動駕駛能力，在太空人離開之後，可以自動行駛到達下一個指定地點，等待下一批太空人。
這款載人月球車將是一種能力非凡的交通工具，有望推動豐田掌握極限經驗，跨越整個地球。「月球將是我們要徵服的第六個大陸。」豐田執行副總裁寺師茂樹（Shigeki Terashi)聲稱。這是一個前所未有的挑戰。畢竟月球不同於地球，是一個非常嚴酷的環境，晝夜之間存在著極大溫差，而且充斥著破壞性甚至致命性宇宙輻射。
在人工智慧和自動駕駛方面，豐田可以利用著名人型機器人KIROBO的經驗。這款智慧機器人曾在2013年進入國際空間站，成為首個在太空說話的機器人。
對於輻射環境和加壓生命支持系統，豐田會與JAXA密切合作。JAXA希望號KIBO日本實驗艙（Japanese Experiment Module 縮寫JEM），是日本在國際空間站首個可居住的載人太空艙段。同時還具有非增壓實驗區和遙控機械臂，這兩項技術對研製月球車都很有幫助。
此外，日本還擁有為國際空間站發送自動補給飛船的豐富經驗。發射自動貨運補給飛船（HTV）需要豐富的自主操作經驗，因此可以應用到月球車上，並結合豐田對自動駕駛的理解和掌握。豐田需要利用這些先前經驗，才會更有把握成功進軍月球車領域。
發射質量是個問題
只要涉及太空發射，每一磅或每一公斤都很重要。回顧NASA登月，首次使用月球車是在J級登月任務——阿波羅15號，質量就成為了問題。當時NASA將月球車質量上限設定為400磅(181公斤)。讓工程師們沮喪的是，設計目標並沒有達到。由於只有17個月時間用來準備登月任務，所以波音和通用汽車根本沒時間精益求精地設計月球車。NASA面臨的問題，每增加一千克質量，就要消耗更多千克燃料。月球車重達210公斤，實屬超重。最終NASA同意在設計得足夠緊湊之後，利用登月艙扇形貯藏間分割空間來增加燃料。
如果JAXA和NASA打算將一輛豐田車送上月球，那麼就需要一輛足夠大足夠強的著陸器，以便能安全降落在月球表面。豐田月球車加壓空間幾乎是阿波羅登月艙的兩倍大。作為參考，阿波羅登月艙太空人加壓空間約為235立方英尺(6.7立方米)，可居住空間僅為160立方英尺(4.5立方米)。豐田月球車設計質量約為3000公斤，這比當年阿波羅時代著陸器要少得多。減輕質量對於著陸月球非常有用，因為這種量級已經成功著陸過，所以更有可能實現安全著陸。
比照20世紀60年代阿波羅計劃，如今技術已經有了相當大的進步。藍色起源已發布新一代月球著陸器藍月（Blue Moon）設計稿。據悉，藍月著陸器能夠向月球表面運送重達4500公斤(9900磅)物資。
這艘太空飛行器也可能用於NASA探月任務，比如2024年前往月球南極執行探測任務。豐田月球車設計質量處在藍月著陸器的運送能力範圍之內，可以由該著陸器部署到月表。
質量頻增還是個問題
看得出來，豐田月球車可以用藍色起源的藍月著陸器以及新格倫火箭送到月球上，這種可行性顯而易見。然而，太空任務面臨的最大挑戰之一就是太空飛行器質量不斷增加。當工程師們試圖優化太空飛行器以滿足惡劣月球環境要求時，常常會發現質量也會隨之增加。隨著太空飛行器需要不斷設計測試和驗證，就會發現輕量化的部件顯然不夠用，為了增強穩定性進而增加重量。
一種情況是因為抵禦輻射導致的增加質量。當年阿波羅任務期間，人們一直擔心太空人可能會暴露在高水平的宇宙輻射中。地球因為有磁場和大氣層作為保護罩，讓地球人免受致命的太陽耀斑以及銀河系宇宙輻射(GCR)的傷害。GCR來自太陽系外、銀河系內的高能輻射。這種高能輻射甚至能毀掉月表探測器、月球軌道飛行器。月球並沒有像地球那樣的磁場，結果是無法屏蔽來自太陽表面爆發的SPE(太陽粒子事件)。
身在月球表面的太空人可以受到月球本身的部分保護，因為月表風化層有助於阻擋一部分銀河宇宙輻射。你可以想像一個大的健身球，在上面放置一個樂高小人(需要用膠帶把小人固定住)。你對著健身球放一盞燈，從低角度看，這個小人會收到更少的光線，當光線被球擋住時，就不會接受光了。根據這一邏輯，太空人在月錶停留時間是深空太空人的兩倍，接受相同劑量的宇宙輻射也是不難想像的。你不妨可以從NASA2005年公布的一份月球任務防輻射報告中了解到更多技術細節。
即使有月球表面的部分保護，但由於缺少月球磁場和大氣層保護，宇宙輻射仍然是一個不小的挑戰。NASA利用月球磁場分布圖已經發現一些局部磁場地帶，GCR和SPE輻射量大大低於正常值。NASA將未來月球基地設計在月球表層之下，並且在月球基地上方放置足夠多的月球巖石，從而減少GCR和SPE攝入量。在月球上駕駛豐田車絕非易事，畢竟在月表上擺放很多石頭並不現實。登月太空人出艙活動，或者在月表行走或者開著豐田車，都是非常容易遭受宇宙輻射的。
因此，太空人攝入量很大程度上取決於任務期間太陽活動、局部磁場量，以及月球車防輻射能力。屏蔽輻射越多，需要運送到月球的物資就越多。還有一些設計提出使用水冰作為輻射屏障。不過問題又轉回來了，屏蔽輻射越多，所需物質設備就越多，而運送其他物資和科學設備就會越少。
跟輻射有關的還有陽光。
月球表面每個月都要經歷354個小時的夜晚和354個小時的白天。由於沒有大氣層幫助調節溫度，晝夜溫差很大，從-137℃到+121℃，月球車必須經得起這種考驗，這就增加了設計複雜度。
為了給月球車提供動力，豐田設計使用可展開式大型太陽能電池板，並配備一個蓄電池系統來儲存額外的電能。如果月球車想要在月球夜間運行，就需要同時配備其他替代能源系統。
還有一個最大問題
除了宇宙輻射、溫差波動和沒有空氣之外，另一個關鍵挑戰：月塵。每次阿波羅任務都要面對月塵的挑戰。根據NASA詹森航天中心一篇研究論文顯示，每位登月太空人都曾報告月球粉塵帶來的困擾。主要包括三個方面：粉塵附著和磨損；粉塵靜電；(C)粉塵攜帶。這種非常細小的粉塵具有很強的侵蝕性和活躍性。
阿波羅17號指揮官尤金·塞爾南(Eugene Cernan)曾在2002年發布的阿波羅17號任務報告中，詳細敘述了月球粉塵所帶來的挑戰。
「在月表探索時最惱人、最受限制的地方就是月塵，會附著在一切物體表面，無論什麼東西，皮膚、太空衣、金屬，無論什麼，它都是限制摩擦，就像所有東西都被它淹沒了一樣。」
儘管有NASA的以往經驗（豐田很可能會從中吸取經驗），但有關月球粉塵還有很多不為人知的地方。
抱歉，埃隆，你把自己的私人坐騎發射到火星附近的深空算不上是太空駕駛。事實上，這輛車設計初衷就不是為了搞定月球粉塵或者別的什麼麻煩。豐田月球車則必須依賴於第一手資料，努力解決NASA經歷過的挑戰。
阿波羅登月太空人報告稱，駕駛月球車(LRV)的時候，會有大量月球粉塵被揚起，籠罩著月表。
儘管這些照片看起來很酷，但太多的灰塵無疑會增加機械錶面的摩擦力。因為增加表面的磨損與撕裂，這種磨蝕現象會大大降低儀器設備的使用壽命。換句話說，月塵到處都是，很可能會導致機器故障。由於沒有豐田經銷商或者4S店前去修理，前期設計豐田月球車時必須認真考慮，儘量減少月塵。
阿波羅12任務期間，通過對「勘測者3號」登月著陸器檢驗，結果得到了進一步證實。NASA發現，無論是裸露的鋁表面還是油漆表面，月球粉塵積聚和附著都比預期的要大。其實，JAXA和豐田都知道，載人登月任務還有很多挑戰，但仍會朝著2029年月球車著陸目標挺進。
JAXA副局長若田（Wakata）聲稱：「JAXA正在研究將各種方案和技術應用於特定的太空任務。載人月球車會是支持人類探月的重要組成部分，我們預計將在21世紀30年代實現。我們目標是2029年發射這款月球車。」
儘管面臨各種各樣的挑戰，但豐田月球車看起來還是一個相當不錯的概念，如果實現的話，將擴展未來登月太空人的科考範圍，成為月表探測任務的關鍵載具。
本文作者：Bill D』Zio
WestEastSpace.com
聯合創始人
擁有工程學學位，是一位資深的跨國跨領域管理者，在評估、優化、授權複雜系統分包合同領域具有豐富經驗。與火箭、衛星、航空航天、核工業等保持合作。