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世界首次月背“挖土”,五院“鉆表封”技術(shù)顯身手

時(shí)間:2024年06月03日 信息來(lái)源:本站原創(chuàng) 點(diǎn)擊:2570 字體:

在成功發(fā)射1個(gè)月之際,由航天科技集團(tuán)五院抓總研制的嫦娥六號(hào)探測(cè)器已于昨天穩(wěn)穩(wěn)落在月球背面,按計(jì)劃開展工作。


要順利取得寶貴的月壤,離不開一系列關(guān)鍵核心技術(shù)的支撐。五院精心設(shè)計(jì)了鉆采和表采結(jié)合的“挖土”模式,并且為嫦娥六號(hào)探測(cè)器裝備了鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級(jí)封裝裝置和密封封裝裝置等“挖土神器”,讓高難度的月背“挖土”更穩(wěn)妥順暢。


瞄準(zhǔn)月背新地標(biāo)

采樣設(shè)計(jì)驗(yàn)證功不可沒


嫦娥六號(hào)探測(cè)器著陸區(qū)位于月球背面的南極-艾特肯盆地區(qū)域內(nèi),這片區(qū)域是月球最古老、最大的隕石撞擊坑,具有極高的科學(xué)價(jià)值,因此在這里開展世界首次月背采樣任務(wù)備受國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。盡管嫦娥六號(hào)月球樣品采樣封裝技術(shù)繼承了嫦娥五號(hào)的“鉆表功能獨(dú)立、月面真空密封”方案,但是月背更加復(fù)雜的環(huán)境,仍然給這次月背采樣任務(wù)帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。


為確保首次月背采樣任務(wù)圓滿完成,航天科技集團(tuán)五院研制團(tuán)隊(duì)針對(duì)嫦娥六號(hào)任務(wù)特點(diǎn),充分評(píng)估探測(cè)器自身及相關(guān)約束條件,對(duì)任務(wù)過(guò)程進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)分析,確定了相應(yīng)的工作形式和飛控模式,同時(shí)開展了采樣過(guò)程自主序列化設(shè)計(jì)。


除此之外,研制團(tuán)隊(duì)還在任務(wù)實(shí)施前開展了大量試驗(yàn)驗(yàn)證,考核了嫦娥六號(hào)月面采樣封裝優(yōu)化設(shè)計(jì)的正確性,驗(yàn)證了采樣封裝對(duì)月背環(huán)境的適應(yīng)性,支撐完善了月背采樣封裝工作程序,演練了采樣封裝在軌故障處理預(yù)案,確保采樣封裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)和操作流程可適應(yīng)月背采樣任務(wù)要求。


月背“挖土”不簡(jiǎn)單

“地月協(xié)作”取月壤


月背上“挖土”可是個(gè)精細(xì)活,如何用最“省力”的方法采集最多的月壤,嫦娥六號(hào)探測(cè)器采用了兩種辦法。一是表取采樣,就是用一個(gè)機(jī)械臂攜帶采樣裝置采集月球表面的土壤;二是鉆取采樣,就是用一根鉆桿鉆入月球表層預(yù)定深度,把較深層土壤采集出來(lái),采樣難度和不確定性更大。


其中,“鉆得動(dòng)”是研制團(tuán)隊(duì)最為關(guān)注的環(huán)節(jié)之一,并為此開展了大量地面試驗(yàn)與仿真分析。針對(duì)月背中繼通信可能無(wú)法有效配合鉆采作業(yè)這一極端工況,研制團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了應(yīng)急程序,做好充分準(zhǔn)備,能夠通過(guò)“人機(jī)協(xié)作”方式,輔助嫦娥六號(hào)及時(shí)研判控制鉆取風(fēng)險(xiǎn),現(xiàn)場(chǎng)決策后續(xù)動(dòng)作。


結(jié)合月壤特性,研制團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了“百里挑一”的獨(dú)創(chuàng)鉆頭,通過(guò)對(duì)比多種設(shè)計(jì)方案,最終確定了取芯機(jī)構(gòu)方案以及相應(yīng)構(gòu)型,使其具備高硬度巖石的鉆進(jìn)能力。同時(shí),研制團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同顆粒度月壤切削、撥、擠、排能力,讓鉆頭形成多個(gè)切削面,在實(shí)現(xiàn)高效取芯的同時(shí),具有良好的層序保持特性。


月壤封裝細(xì)致入微

高效打包確?!霸丁?/p>


月球表面為高真空、高低溫、月塵綜合環(huán)境,要將38萬(wàn)公里之外的月球樣品在無(wú)人條件下進(jìn)行打包封裝,歷經(jīng)空間飛行,再入返回過(guò)程中經(jīng)過(guò)力、熱等復(fù)雜環(huán)境后不被地面環(huán)境污染,維持月球樣品原態(tài),這就需要研制一套專門的裝置,能夠在月表自動(dòng)承接、密封樣品,最終保證樣品完好無(wú)缺地送回地球。面對(duì)自主采樣返回的艱巨任務(wù),研制團(tuán)隊(duì)接連突破了多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù),確保嫦娥六號(hào)完成自動(dòng)密封任務(wù)。


為保證取得的樣品在提芯的過(guò)程中不發(fā)生掉落,研制團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多方案的篩選驗(yàn)證,設(shè)計(jì)采用了特定的封口方案,封口器采用扭轉(zhuǎn)密閉式結(jié)構(gòu),并進(jìn)行大應(yīng)變材料設(shè)計(jì),具有低力載、高可靠的特點(diǎn),且長(zhǎng)時(shí)間處于大變形承載狀態(tài)下不發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單可靠的封口。針對(duì)采集的月壤樣品具有可變形特征,嫦娥六號(hào)探測(cè)器還專門設(shè)計(jì)了特殊的提芯拉繩,確保取芯軟袋具有確定的幾何形狀,方便樣品傳送和轉(zhuǎn)移。


為將月壤封裝容器與整形機(jī)構(gòu)分離并傳送至上升器內(nèi),研制團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了專門的分離和傳送方案,不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作易控、能耗低,還可實(shí)現(xiàn)不同著陸姿態(tài)下封裝容器的精準(zhǔn)傳送。


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