北京時間12月2日4時53分，探月工程嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鉆取采樣及封裝。嫦娥五號探測器自動采樣任務采用表鉆結(jié)合，多點采樣的方式，設(shè)計了鉆具鉆取和機械臂表取兩種“挖土”模式。

在外星球用機器手，我們中國頭一次做

嫦娥五號著陸器安全降落之后便開始進行樣品采集，采集的方式對于中國航天來說是一次全新的嘗試。

中國工程院院士 國家航天局原局長 探月工程首任總指揮 欒恩杰：著陸器下來以后我就開始取樣了，我們一有個手去鏟，在外星球用機器手，我們中國頭一次做。

我們月球的鉆取機構(gòu)，這是我們國家頭一次設(shè)計，我形容成哈爾濱香腸。就在鉆的時候，它要把鉆取的芯，巖芯的部分要裝到一個包裹，這個包裹是一個長的，所以像個香腸一樣，要把它緊密地包裹好，封裝好。

這些土壤不能在轉(zhuǎn)移到地球的時候被地球污染了，因為地球環(huán)境和月球環(huán)境是不一樣的，有些物質(zhì)一定要在非常潔凈的環(huán)境下，保持住我們?nèi)〉眠@樣這點東西。

要在38萬公里之外取一捧土，難度可想而知。除了要選擇準確的著陸點外，著陸器上的機械臂和鉆頭必須協(xié)同配合，每一個步驟都要精到毫厘。

“取土返回”過程大約要經(jīng)歷敲擊、鉆取、封裝、對接轉(zhuǎn)移、返回地球等環(huán)節(jié)，而在每一個動作背后， “機械手”在月壤采樣環(huán)節(jié)的等一系列流程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

嫦娥“取土”道道關(guān)后有電機

當嫦娥五號上的著陸器與軌道器主體分離并著陸后，它的采樣機械臂與采樣鉆頭就開始了協(xié)同工作。

看到那個白色的機械臂了嗎？這個又細又長的機械臂就是挖土的鏟子，可以360度無死角可視化操作，臂的末端一頭是一個小鏟子，一頭是淺表鉆，可以輕松完成鏟挖、淺鉆、拾取這些動作。

機械臂的動力從哪來呢？

如同人體手臂乃至手掌的力量來自肱二頭肌、肱撓肌、掌肌等一樣，機械臂各個關(guān)節(jié)的力量來自于安裝在關(guān)節(jié)處的的電機，它們就是表采關(guān)節(jié)臂電機組件。

表采機械臂電機組件是航天四院四〇一所微特電機事業(yè)部歷時4年完成研制的產(chǎn)品，過程中解決了諸多難題 ，使產(chǎn)品具有了高可靠性和強適應性。

這兩個電機，大的重量不超過450克，小的不超過250克，可謂是“個小勁大還精神”，并且電機端精度可達1度以內(nèi)，實現(xiàn)高精度挖土。

兩種電機裝在機械臂的各個關(guān)節(jié)附近，暴露于月表環(huán)境中，這決定了它們要耐受太陽直射下超過130℃的環(huán)境溫度，以及比地球環(huán)境大的多的輻射，還要在真空環(huán)境下承擔難以散熱帶來的性能衰減。

在這么惡劣的環(huán)境下，電機會不會突然沒電了？為了保證任務完成，研制團隊將2臺性能都能滿足任務要求的電機“塞”進了同一個電機殼體中，一個頂倆，雙向保障。此外，還增加了突然斷電情況下對機械臂的位置保持功能，防止機械臂砸在月球上摔壞。

21所研發(fā)設(shè)計師李雨表示，“加載電機”為著陸器在鉆取月壤時推動鉆頭前進提供動力。

在鉆取的過程中，遇到大塊堅硬巖石怎么辦？原來，鉆頭還自帶一個“錘子”電機，當下探遇阻時，它能為鉆頭提供敲打動力，“篤篤篤”地敲碎石塊。采樣完成后，一個裝在著陸器頂部的“整形電機”就該出場了，它將采集到的月壤提升出月面并裝入上升器中的密封封裝裝置。

密封封裝裝置采用了一個帶位置反饋和絲桿的減速步進電機組件，在月壤裝入前，打開密封蓋，待月壤放進來后，再把蓋子密封蓋牢，是確保月壤能被蓋牢并安全返回的關(guān)鍵部件。

該組件產(chǎn)品是航天工程首個高度集成的輕小型化電機組件產(chǎn)品。組件被壓縮在密封裝置一個狹窄的空間里，所以設(shè)計師將其設(shè)計的非常小巧，重量僅有400多克，但可輸出不小于550牛的軸向力，可將密封裝置可靠密封。

月球上玩“自拍”還需要“眼睛”和“大腦”

中科院西安光機所為嫦娥五號探測器提供的相機以及視覺系統(tǒng)，不僅為實現(xiàn)月球表面取土采樣提供“眼睛”和“大腦”，確保采樣任務完成，還能讓嫦娥在月球表面玩“自拍”。

嫦娥五號探測器實現(xiàn)月球正面預選區(qū)域軟著陸后，正在按計劃開展月面自動采樣等后續(xù)工作，兩臺全景相機將承擔采樣區(qū)月表形貌和月面國旗成像任務。

中科院西安光機所月球與深空探測技術(shù)研究室研究員李福：“一個是拍攝國旗展示系統(tǒng)，另外就是對整個月面進行立體成像，形成月面地形地貌整個特征。”

嫦娥五號著陸器和上升器組合體著陸后全景相機環(huán)拍成像

嫦娥五號只有著陸器，沒有巡視器，要拍攝國旗展開過程，只能通過自拍的方式。為此，研制團隊專門為相機設(shè)計了轉(zhuǎn)臺，并進行了攻關(guān)和試驗，確保全景相機轉(zhuǎn)臺在月表±100℃的工況下的可靠性，實現(xiàn)相機自主轉(zhuǎn)動和拍攝。

李福：“我們要在通過轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)到一定的角度，實現(xiàn)拍攝著陸器自身上的一個國旗。就相當于人拿個自拍竿轉(zhuǎn)過來剛好拍攝自己的圖像。”

嫦娥五號在月球表面實現(xiàn)取土采樣，完全靠機械來完成，西安光機所為嫦娥五號配備的遠攝相機，安裝在著陸器月球表面采樣機械臂上，并通過視覺系統(tǒng)發(fā)出動作指令，不僅是機械臂。

“星際快遞員”組合接力

月球樣本非常珍貴，所以大家也非常期待，怎么帶回來呢？三個步驟：從月面起飛，在月球軌道上無人交會對接，最終帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

這個過程由三個“星際快遞員”——嫦娥五號的上升器、軌道器和返回器接力完成。首先，上升器要帶著月球樣本從月球表面出發(fā)，到達月球軌道后，它就會和軌道器和返回器組成的軌返組合體會合，并把快遞包裹交給它們。

之后，上升器分離，軌返組合體帶著月球樣本從月球軌道向地球軌道轉(zhuǎn)移。進入地球軌道后，軌道器則會告別返回器，最終只有返回器以打水漂的方式飛回地球。我們也期待著中國人自己采集的月球土壤安全抵達。

原文標題：中國首次用「機器手」外星“挖土”，是時候展現(xiàn)真正的挖掘技術(shù)了！

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責任編輯：haq