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嫦娥五號探測器在月球表面自動采樣。國家航天局供圖

　　據(jù)國家航天局消息，嫦娥五號探測器經過約19小時月面工作，于12月2日22時順利完成月球表面自動采樣，并已按預定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。

　　自動采樣是此次任務的核心關鍵環(huán)節(jié)之一。嫦娥五號通過機械臂表取、鉆具鉆取，通過深鉆、淺鉆、鏟土、挖土、夾土等各種方式，實現(xiàn)了多點、多樣化自動采樣。目前，它已經把樣品打包裝好，準備背著它們離開月球。

　　這么復雜的工作，它是怎么完成的？

　　嫦娥的“手臂”指哪挖哪

　　挖土無疑是件揮汗如雨的體力活。嫦娥五號挖土的畫風又是如何？

　　在月面超過100攝氏度的高溫考驗下，它克服了測控、光照、電源等方面的條件約束，舒展長臂，高高舉起了挖土鏟……

　　此處需注明的是，嫦娥五號的挖土鏟，可跟咱們在生活中用到的不一樣。這臺設備一頭是一個小鏟子，一頭是淺表鉆，可以360度無死角可視化操作，能輕松完成鏟挖、淺鉆、拾取這些動作。

　　嫦娥五號的“手臂”纖細、白皙，卻結實有力。如果說人的手臂力量來自肱二頭肌、肱撓肌、掌肌等，這條集高顏值、高科技于一體的機械臂，各個關節(jié)的力量來自安裝在關節(jié)處的電機。這就是由中國航天科技集團四院401所研制的表采關節(jié)臂電機組件。

　　關節(jié)臂電機有兩種，重的不到1斤，輕的不到半斤，個頭不大、力氣不小，而且靈活機動，精度可達1度以內，能讓嫦娥五號指哪挖哪。

　　這些電機裝在機械臂各個關節(jié)附近，暴露于月表環(huán)境中，意味著它們要耐受太陽直射下超過130攝氏度的高溫，以及比地球上大得多的輻射，還要承擔真空環(huán)境下難以散熱而帶來的性能衰減。好在，研制團隊已經解決了這些環(huán)境適應性問題。

　　如果電機在工作中壞掉或沒電了怎么辦？為了保證任務完成，研制團隊在一個電機殼體中塞了兩臺電機，提供雙重保障；同時還增加了突然斷電情況下對機械臂的位置保持功能，防止機械臂因“沒勁”而落在月面上“摔傷”，可以說是很貼心了。

　　怎樣將腳下的樣品舉到頭頂？

　　針對鉆取任務，航天科技集團五院529廠為嫦娥五號提供了一套“金剛鉆”。

　　這套鉆取子系統(tǒng)具備鉆進能力強、排粉能力強、月壤適應性強三大基本功。

　　嫦娥五號不能移動，落到哪就得在哪鉆，這對鉆取適應性提出很高要求。研制團隊開展了上千次地面鉆取試驗，積累形成了不同工況的鉆取參數(shù)數(shù)據(jù)庫；通過在軌預編程自主控制，實現(xiàn)了鉆取子系統(tǒng)“回轉”“沖擊”和“回轉+沖擊”三種模式，以及不同參數(shù)的自由切換，以適應多種月壤工況。

　　為了讓嫦娥五號擁有百里挑一的獨創(chuàng)鉆頭，科研團隊選用了雙排鉆牙階梯構型，經過“千錘百煉”，保證鉆進過程順暢可控，具備對8級硬度巖石的鉆進能力。他們還為雙排出刃設計了多個切削面，使其能夠撥動、突破臨界顆粒與顆粒集群，以便應對危險工況、處理大顆粒。

　　同時，科研團隊對鉆頭采用漸闊的錐形排粉槽通道，與鉆桿排粉槽連接相通，形成一體排粉通道，并通過鉆桿模型的匹配和參數(shù)優(yōu)化，使系統(tǒng)的排粉能力大幅提高。

　　“取得著、封得住”是鉆取子系統(tǒng)的核心技術之一。為保證取得的巖芯在提出過程中不會掉落，系統(tǒng)采用開放式構型的“8”字形超彈性合金絲作為封口方案，與取芯軟袋末端進行一體化縫合，依靠彈性收縮力來實現(xiàn)簡單可靠的封口。

　　嫦娥五號鉆取的樣品封入軟袋后，將被裝進環(huán)形封裝容器，再運送到上升器頂端。月球表面坑洼不平，如果嫦娥五號著陸時站得不正，有可能影響到樣品的傳送。

　　針對低重力下著陸姿態(tài)角度對樣品傳送的不利影響，研制團隊設計了具有碰撞自適應能力的傳送方案。通過彈性驅動為月壤封裝容器提供初始速度，再借助重力，將含有三級導向錐角的封裝容器沿固定導向結構傳送到上升器內。該方案不需要續(xù)送機構，簡單可靠，可以在不同著陸姿態(tài)下，實現(xiàn)封裝容器精準傳送。

　　樣品打包、拆封都是高科技

　　據(jù)國家航天局消息，為確保月球樣品在返回地球過程中保持真空密閉以及不受外界環(huán)境影響，嫦娥五號在月面對樣品進行了密封封裝。

　　記者從航天科技集團五院510所了解到，相比月面極高真空環(huán)境，地球大氣中不僅有氣體成分，還漂浮著各種固體顆粒，月球樣品接觸到這些物質就會被污染，科研價值將大打折扣。

　　為此，該所給嫦娥五號研制了專用打包裝置——密封封裝子系統(tǒng)。它能自動承接、封裝月球樣品，并妥善密封保存。

　　該系統(tǒng)裝在嫦娥五號最頂端，由主體框架、密封容器組件、蓋體組件和開合機構組件等組成。鏤空的主體框架上分布著用于轉移的棘齒和導向條，鈦合金和鋁合金材料能保證其結構強度和剛度，并最大限度減輕重量。

　　在月面工作階段，該系統(tǒng)根據(jù)預先設定的指令開始工作，先解除蓋體鎖定，讓蓋體豎直抬升、轉動一定角度，將容器口完全敞開；待所有樣品裝入容器后，蓋體原路返回，通過火工組件鎖緊并進行高真空密封。

　　等嫦娥五號返回地面后，月球樣品可不是輕易就能從密封裝置中取出來的。解鈴還須系鈴人。510所研制的月球樣品解封分裝操作臺可以勝任此項工作，在高純氮氣環(huán)境下對月球樣品進行收集、登記、描述等處理，最大限度保證樣品少受地球外部環(huán)境影響。

　　（文字素材：胡俊 劉曉慶 劉璐 馬聰）(記者 付毅飛)

　　來源：科技日報

千島湖新聞網　責任編輯：姜智榮