文章(zhang)來源：科技日報 發布時間：2021-12-07
據國(guo)家航(hang)天(tian)局消息，嫦娥五號探測器經過約19小時月面(mian)工作，于12月2日(ri)22時順(shun)利完成月球(qiu)表面(mian)自動采樣，并已按(an)預定(ding)形(xing)式將樣品封(feng)裝保存在(zai)上升器攜帶的貯存裝置中。
自(zi)動(dong)采樣是此次(ci)任務的(de)核心關鍵(jian)環(huan)節之一(yi)。嫦娥五(wu)號通(tong)過機械臂表取、鉆(zhan)具鉆(zhan)取，通(tong)過深鉆(zhan)、淺鉆(zhan)、鏟土、挖(wa)土、夾土等各(ge)種方式，實現了(le)多(duo)點、多(duo)樣化自(zi)動(dong)采樣。目前，它(ta)已經把樣品打包裝(zhuang)好，準(zhun)備背著(zhu)它(ta)們離開(kai)月(yue)球。
這么(me)復雜的工作，它是怎么(me)完成的？
嫦娥的“手臂”指哪挖哪
挖土無疑是(shi)件揮(hui)汗如雨的體力(li)活。嫦娥五號挖土的畫風又是(shi)如何？
在月面(mian)超過(guo)100攝氏度的(de)高(gao)溫考驗下，它(ta)克(ke)服了(le)測(ce)控、光照、電源等方面(mian)的(de)條件約束(shu)，舒展長臂，高(gao)高(gao)舉起了(le)挖土鏟(chan)……
此處需(xu)注(zhu)明的(de)是，嫦娥(e)五號的(de)挖土鏟，可跟咱們在生(sheng)活(huo)中用到的(de)不一(yi)(yi)樣。這臺設備一(yi)(yi)頭是一(yi)(yi)個小鏟子，一(yi)(yi)頭是淺(qian)表鉆(zhan)(zhan)，可以360度無死角可視化操作，能輕(qing)松(song)完成鏟挖、淺(qian)鉆(zhan)(zhan)、拾取這些動作。
嫦娥(e)五號的(de)(de)“手臂(bei)”纖(xian)細、白皙，卻結(jie)實(shi)有力。如果(guo)說人的(de)(de)手臂(bei)力量(liang)來(lai)自肱二頭(tou)肌(ji)、肱撓肌(ji)、掌(zhang)肌(ji)等，這(zhe)條集高顏(yan)值(zhi)、高科(ke)技于一體的(de)(de)機(ji)(ji)械臂(bei)，各個關節的(de)(de)力量(liang)來(lai)自安裝在關節處(chu)的(de)(de)電機(ji)(ji)。這(zhe)就是由中國航天科(ke)技集團四院401所研(yan)制的(de)(de)表采關節臂(bei)電機(ji)(ji)組件。
關節臂電機有兩種，重的不(bu)(bu)到1斤(jin)，輕(qing)的不(bu)(bu)到半(ban)斤(jin)，個頭(tou)不(bu)(bu)大、力氣不(bu)(bu)小，而且靈活機動(dong)，精度(du)可(ke)達1度(du)以內，能讓嫦(chang)娥五(wu)號(hao)指哪(na)挖哪(na)。
這(zhe)些電機裝在(zai)機械臂各個關(guan)節附近，暴露于月表環(huan)境(jing)中(zhong)，意味著它們要耐(nai)受太陽(yang)直射(she)下超過130攝(she)氏度的(de)高溫(wen)，以(yi)及比地(di)球上大得多的(de)輻射(she)，還要承擔真空(kong)環(huan)境(jing)下難以(yi)散(san)熱而帶來的(de)性能衰減。好(hao)在(zai)，研制(zhi)團隊(dui)已經解決了這(zhe)些環(huan)境(jing)適應性問題。
如果電(dian)(dian)(dian)機(ji)在工作中壞掉或(huo)沒電(dian)(dian)(dian)了(le)(le)怎(zen)么辦？為了(le)(le)保證任務完成(cheng)，研制團隊在一個電(dian)(dian)(dian)機(ji)殼體中塞了(le)(le)兩臺電(dian)(dian)(dian)機(ji)，提供雙重(zhong)保障(zhang)；同時(shi)還(huan)增加了(le)(le)突然斷電(dian)(dian)(dian)情況下對機(ji)械臂(bei)的位置保持功能，防止機(ji)械臂(bei)因“沒勁”而落在月面上(shang)“摔傷”，可以說(shuo)是很貼(tie)心(xin)了(le)(le)。
怎(zen)樣將腳下的樣品舉到(dao)頭頂？
針對鉆取任務，航天科技(ji)集團(tuan)五院529廠(chang)為嫦娥五號提供了一(yi)套“金(jin)剛鉆”。
這套(tao)鉆取子系(xi)統(tong)具備鉆進能力強、排粉(fen)能力強、月壤適應性強三大(da)基本功。
嫦娥五(wu)號不(bu)能移動(dong)，落到哪就得在哪鉆(zhan)(zhan)(zhan)，這(zhe)對鉆(zhan)(zhan)(zhan)取(qu)(qu)(qu)適應性提(ti)出(chu)很(hen)高要(yao)求。研(yan)制(zhi)團隊(dui)開(kai)展了(le)上千次(ci)地面鉆(zhan)(zhan)(zhan)取(qu)(qu)(qu)試驗(yan)，積累形成了(le)不(bu)同工(gong)況的(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)取(qu)(qu)(qu)參(can)數(shu)數(shu)據庫；通過(guo)在軌預編程自主(zhu)控制(zhi)，實現了(le)鉆(zhan)(zhan)(zhan)取(qu)(qu)(qu)子系(xi)統“回轉”“沖(chong)擊”和“回轉+沖(chong)擊”三種模式(shi)，以及(ji)不(bu)同參(can)數(shu)的(de)自由(you)切換(huan)，以適應多種月壤工(gong)況。
為了讓嫦娥五號擁有百里挑一的(de)獨創鉆(zhan)頭，科研團隊選用了雙排鉆(zhan)牙階梯構型，經(jing)過“千錘百煉”，保證鉆(zhan)進過程(cheng)順暢可(ke)控，具備對8級(ji)硬度巖(yan)石的(de)鉆(zhan)進能(neng)力。他(ta)們還為雙排出刃(ren)設計(ji)了多(duo)個切(qie)削面，使(shi)其能(neng)夠撥動(dong)、突(tu)破臨(lin)界(jie)顆粒與顆粒集(ji)群，以便應對危險工(gong)況、處理大顆粒。
同(tong)時(shi)，科研團隊對鉆(zhan)頭采(cai)用漸闊的(de)錐形排(pai)(pai)粉槽通(tong)道(dao)，與鉆(zhan)桿(gan)排(pai)(pai)粉槽連接相通(tong)，形成一體(ti)排(pai)(pai)粉通(tong)道(dao)，并通(tong)過鉆(zhan)桿(gan)模型(xing)的(de)匹配和參數優化，使系(xi)統的(de)排(pai)(pai)粉能力大幅(fu)提高。
“取得(de)著、封得(de)住”是鉆取子系統的(de)核心技術(shu)之一(yi)。為保證取得(de)的(de)巖芯在提出過程中不(bu)會掉落，系統采用開(kai)放式構型的(de)“8”字形超彈(dan)性(xing)合(he)金(jin)絲作為封口方案，與取芯軟袋末端進行一(yi)體化縫(feng)合(he)，依靠(kao)彈(dan)性(xing)收縮力來(lai)實現簡單可靠(kao)的(de)封口。
嫦(chang)娥五(wu)號鉆取(qu)的樣品(pin)封入軟袋后，將被裝(zhuang)進環形(xing)封裝(zhuang)容器(qi)，再運送到上升器(qi)頂端(duan)。月球表面坑洼(wa)不(bu)(bu)平，如果嫦(chang)娥五(wu)號著陸(lu)時站得不(bu)(bu)正，有可能影(ying)響到樣品(pin)的傳送。
針對低重力(li)下著陸姿態角(jiao)(jiao)度對樣(yang)品傳送的不(bu)利影響，研制團隊設計了具有(you)碰撞(zhuang)自適應能力(li)的傳送方(fang)案(an)。通過彈性驅(qu)動為月(yue)壤封裝(zhuang)(zhuang)容(rong)器(qi)提供初始速度，再(zai)借助重力(li)，將含有(you)三級導向錐角(jiao)(jiao)的封裝(zhuang)(zhuang)容(rong)器(qi)沿固定導向結構傳送到上升(sheng)器(qi)內。該方(fang)案(an)不(bu)需要續送機構，簡單可(ke)靠，可(ke)以在不(bu)同著陸姿態下，實(shi)現(xian)封裝(zhuang)(zhuang)容(rong)器(qi)精準傳送。
樣品打包、拆封都是高科技
據國家航天(tian)局(ju)消息，為確保(bao)月球樣品在返回地球過程中保(bao)持真空密閉以及(ji)不受外(wai)界環境(jing)影響，嫦(chang)娥(e)五號在月面對樣品進行了密封封裝。
從(cong)航天科技(ji)集(ji)團五(wu)院510所了解到(dao)，相比月(yue)(yue)面極高真空環(huan)境，地球大(da)(da)氣中不僅(jin)有氣體成(cheng)分(fen)，還漂浮(fu)著各(ge)種固體顆粒，月(yue)(yue)球樣品接觸到(dao)這些物質(zhi)就(jiu)會被污(wu)染，科研(yan)價值將大(da)(da)打折扣。
為此，該所給(gei)嫦娥五號研制(zhi)了專用(yong)打包(bao)裝(zhuang)置——密封(feng)封(feng)裝(zhuang)子(zi)系統。它能自動承接(jie)、封(feng)裝(zhuang)月球(qiu)樣(yang)品，并妥善密封(feng)保(bao)存。
該(gai)系(xi)統裝(zhuang)在嫦娥五號最(zui)頂端，由主體框架、密封容器組(zu)件、蓋體組(zu)件和開合機構組(zu)件等組(zu)成。鏤空的主體框架上分布著(zhu)用于(yu)轉移的棘齒和導向條(tiao)，鈦(tai)合金(jin)和鋁(lv)合金(jin)材料能保(bao)證其結構強度和剛度，并最(zui)大限度減(jian)輕重量。
在(zai)月(yue)面工作(zuo)階段，該系統根(gen)據預先設(she)定的指令開(kai)(kai)始工作(zuo)，先解(jie)除蓋(gai)體(ti)鎖定，讓(rang)蓋(gai)體(ti)豎直抬升(sheng)、轉動一(yi)定角度(du)，將(jiang)容器口完全(quan)敞(chang)開(kai)(kai)；待所有(you)樣品裝入容器后(hou)，蓋(gai)體(ti)原路返回，通過火工組件(jian)鎖緊并進行(xing)高真(zhen)空密封。
等嫦(chang)娥五號(hao)返回地(di)面(mian)后，月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)樣(yang)品(pin)可不是(shi)輕易就能從密封裝(zhuang)置中取出來的(de)。解鈴還須(xu)系鈴人。510所(suo)研制的(de)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)樣(yang)品(pin)解封分裝(zhuang)操作臺可以(yi)勝任此(ci)項工作，在高純氮氣環(huan)境(jing)下對月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)樣(yang)品(pin)進行收集、登記、描(miao)述等處理(li)，最大限(xian)度保(bao)證樣(yang)品(pin)少受地(di)球(qiu)(qiu)外部環(huan)境(jing)影響。
【責任編輯：趙藝涵】