文章來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 發(fā)布時(shí)間：2020-12-07
據(jù)國(guó)家航天局消息，嫦娥五號(hào)探測(cè)器經(jīng)過(guò)約19小時(shí)月面工作，于12月2日22時(shí)順利完成月球表面自動(dòng)采樣，并已按預(yù)定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。
自動(dòng)采樣是此次任務(wù)的核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。嫦娥五號(hào)通過(guò)機(jī)械臂表取、鉆具鉆取，通過(guò)深鉆、淺鉆、鏟土、挖土、夾土等各種方式，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)、多樣化自動(dòng)采樣。目前，它已經(jīng)把樣品打包裝好，準(zhǔn)備背著它們離開月球。
這么復(fù)雜的工作，它是怎么完成的？
嫦娥的“手臂”指哪挖哪
挖土無(wú)疑是件揮汗如雨的體力活。嫦娥五號(hào)挖土的畫風(fēng)又是如何？
在月面超過(guò)100攝氏度的高溫考驗(yàn)下，它克服了測(cè)控、光照、電源等方面的條件約束，舒展長(zhǎng)臂，高高舉起了挖土鏟……
此處需注明的是，嫦娥五號(hào)的挖土鏟，可跟咱們?cè)谏钪杏玫降牟灰粯印＿@臺(tái)設(shè)備一頭是一個(gè)小鏟子，一頭是淺表鉆，可以360度無(wú)死角可視化操作，能輕松完成鏟挖、淺鉆、拾取這些動(dòng)作。
嫦娥五號(hào)的“手臂”纖細(xì)、白皙，卻結(jié)實(shí)有力。如果說(shuō)人的手臂力量來(lái)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(jī)械臂，各個(gè)關(guān)節(jié)的力量來(lái)自安裝在關(guān)節(jié)處的電機(jī)。這就是由中國(guó)航天科技集團(tuán)四院401所研制的表采關(guān)節(jié)臂電機(jī)組件。
關(guān)節(jié)臂電機(jī)有兩種，重的不到1斤，輕的不到半斤，個(gè)頭不大、力氣不小，而且靈活機(jī)動(dòng)，精度可達(dá)1度以內(nèi)，能讓嫦娥五號(hào)指哪挖哪。
這些電機(jī)裝在機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)附近，暴露于月表環(huán)境中，意味著它們要耐受太陽(yáng)直射下超過(guò)130攝氏度的高溫，以及比地球上大得多的輻射，還要承擔(dān)真空環(huán)境下難以散熱而帶來(lái)的性能衰減。好在，研制團(tuán)隊(duì)已經(jīng)解決了這些環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題。
如果電機(jī)在工作中壞掉或沒(méi)電了怎么辦？為了保證任務(wù)完成，研制團(tuán)隊(duì)在一個(gè)電機(jī)殼體中塞了兩臺(tái)電機(jī)，提供雙重保障；同時(shí)還增加了突然斷電情況下對(duì)機(jī)械臂的位置保持功能，防止機(jī)械臂因“沒(méi)勁”而落在月面上“摔傷”，可以說(shuō)是很貼心了。
怎樣將腳下的樣品舉到頭頂？
針對(duì)鉆取任務(wù)，航天科技集團(tuán)五院529廠為嫦娥五號(hào)提供了一套“金剛鉆”。
這套鉆取子系統(tǒng)具備鉆進(jìn)能力強(qiáng)、排粉能力強(qiáng)、月壤適應(yīng)性強(qiáng)三大基本功。
嫦娥五號(hào)不能移動(dòng)，落到哪就得在哪鉆，這對(duì)鉆取適應(yīng)性提出很高要求。研制團(tuán)隊(duì)開展了上千次地面鉆取試驗(yàn)，積累形成了不同工況的鉆取參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)在軌預(yù)編程自主控制，實(shí)現(xiàn)了鉆取子系統(tǒng)“回轉(zhuǎn)”“沖擊”和“回轉(zhuǎn)+沖擊”三種模式，以及不同參數(shù)的自由切換，以適應(yīng)多種月壤工況。
為了讓嫦娥五號(hào)擁有百里挑一的獨(dú)創(chuàng)鉆頭，科研團(tuán)隊(duì)選用了雙排鉆牙階梯構(gòu)型，經(jīng)過(guò)“千錘百煉”，保證鉆進(jìn)過(guò)程順暢可控，具備對(duì)8級(jí)硬度巖石的鉆進(jìn)能力。他們還為雙排出刃設(shè)計(jì)了多個(gè)切削面，使其能夠撥動(dòng)、突破臨界顆粒與顆粒集群，以便應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)工況、處理大顆粒。
同時(shí)，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)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(guò)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(shù)之一。為保證取得的巖芯在提出過(guò)程中不會(huì)掉落，系統(tǒng)采用開放式構(gòu)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(jìn)行一體化縫合，依靠彈性收縮力來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠的封口。
嫦娥五號(hào)鉆取的樣品封入軟袋后，將被裝進(jìn)環(huán)形封裝容器，再運(yùn)送到上升器頂端。月球表面坑洼不平，如果嫦娥五號(hào)著陸時(shí)站得不正，有可能影響到樣品的傳送。
針對(duì)低重力下著陸姿態(tài)角度對(duì)樣品傳送的不利影響，研制團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了具有碰撞自適應(yīng)能力的傳送方案。通過(guò)彈性驅(qū)動(dòng)為月壤封裝容器提供初始速度，再借助重力，將含有三級(jí)導(dǎo)向錐角的封裝容器沿固定導(dǎo)向結(jié)構(gòu)傳送到上升器內(nèi)。該方案不需要續(xù)送機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)單可靠，可以在不同著陸姿態(tài)下，實(shí)現(xiàn)封裝容器精準(zhǔn)傳送。
樣品打包、拆封都是高科技
據(jù)國(guó)家航天局消息，為確保月球樣品在返回地球過(guò)程中保持真空密閉以及不受外界環(huán)境影響，嫦娥五號(hào)在月面對(duì)樣品進(jìn)行了密封封裝。
從航天科技集團(tuán)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(zhì)就會(huì)被污染，科研價(jià)值將大打折扣。
為此，該所給嫦娥五號(hào)研制了專用打包裝置——密封封裝子系統(tǒng)。它能自動(dòng)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(hào)最頂端，由主體框架、密封容器組件、蓋體組件和開合機(jī)構(gòu)組件等組成。鏤空的主體框架上分布著用于轉(zhuǎn)移的棘齒和導(dǎo)向條，鈦合金和鋁合金材料能保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(yù)先設(shè)定的指令開始工作，先解除蓋體鎖定，讓蓋體豎直抬升、轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)火工組件鎖緊并進(jìn)行高真空密封。
等嫦娥五號(hào)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(lái)的。解鈴還須系鈴人。510所研制的月球樣品解封分裝操作臺(tái)可以勝任此項(xiàng)工作，在高純氮?dú)猸h(huán)境下對(duì)月球樣品進(jìn)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。
【責(zé)任編輯：趙藝涵】