中新社北京6月4日電 題：嫦娥六號(hào)“蟾宮挖寶” 三大技術(shù)顯身手
中新社記者 郭超凱
6月4日7時(shí)38分，嫦娥六號(hào)上升器攜帶月球樣品自月球背面起飛，成功進(jìn)入預(yù)定環(huán)月軌道。這是人類探測(cè)器首次完成月球背面采樣和起飛。
要順利采集寶貴的月球樣品，離不開(kāi)鉆取、表取、封裝等一系列關(guān)鍵核心技術(shù)的支撐。
6月3日，嫦娥六號(hào)攜帶的“移動(dòng)相機(jī)”，自主移動(dòng)并成功拍攝、回傳著陸器和上升器合影。中新社發(fā) 中國(guó)國(guó)家航天局 供圖
“鉆”“表”結(jié)合齊“挖土”
此前，人類對(duì)月球?qū)嵤┻^(guò)多次采樣返回任務(wù)，但采樣地點(diǎn)均位于月球正面。嫦娥六號(hào)探測(cè)器的著陸和采樣地點(diǎn)位于月球背面南極—艾特肯盆地，該區(qū)域被公認(rèn)為月球上最大、最古老和最深的盆地，具有極高的科學(xué)價(jià)值。
月背“挖土”是門精細(xì)活。科研人員為嫦娥六號(hào)設(shè)計(jì)了兩種“挖土”方式：鉆具鉆取和機(jī)械臂表取。探測(cè)器隨身攜帶了鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級(jí)封裝裝置和密封封裝裝置等“神器”，將采取深鉆、淺鉆以及“鏟土”“夾土”等方式，采集月球樣品。
中國(guó)航天科技集團(tuán)金晟毅介紹，鉆取和表取的側(cè)重點(diǎn)各不相同。鉆取需要采集一定深度的月球次表層樣品，要爭(zhēng)取讓采樣裝置采得更深，讓樣品種類更為豐富。而表取采樣則是在一片區(qū)域里進(jìn)行多次采樣，主要采樣目標(biāo)是月球表面的風(fēng)化層樣品。
“月背采樣是先鉆取后表取�！苯痍梢惚硎荆瑑煞N“挖土”方式實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑、采集的月球樣品種類不一樣，科學(xué)價(jià)值也不盡相同。
“地月協(xié)作”取月壤
首次在月背采樣，嫦娥六號(hào)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。中國(guó)航天科技集團(tuán)任德鵬指出，相比嫦娥五號(hào)，嫦娥六號(hào)任務(wù)有三個(gè)特點(diǎn)：一是采樣地點(diǎn)位于月背，為保證數(shù)傳鏈路的連續(xù)性，必須依靠鵲橋二號(hào)中繼星“搭橋”；二是采樣地點(diǎn)所處的緯度更高，月壤的風(fēng)化程度相比低緯度地區(qū)更加不充分，月壤的石塊含量可能會(huì)更多，這對(duì)地面規(guī)劃和采樣機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)是更大挑戰(zhàn)；三是采樣時(shí)間相比嫦娥五號(hào)更短。
“鉆得動(dòng)”是研制團(tuán)隊(duì)最為關(guān)注的環(huán)節(jié)之一。為此，研制團(tuán)隊(duì)在嫦娥六號(hào)“出發(fā)”前就開(kāi)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，確保在極端工況下能通過(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，讓高難度的月背“挖土”更穩(wěn)妥順暢。
圖為嫦娥六號(hào)著陸器全景相機(jī)拍攝的影像圖。 該圖由全景相機(jī)在嫦娥六號(hào)表取采樣前，對(duì)著陸點(diǎn)北側(cè)月面拍攝的彩色圖像鑲嵌制作而成。圖像上方是著陸點(diǎn)北部查菲環(huán)形山，圖像的下方是著陸腿和著陸時(shí)沖擊擠壓隆起的月壤。圖/國(guó)家航天局高效打包確保“原汁原味”
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、再入返回等步驟還不被地面環(huán)境污染，維持月球樣品原態(tài)，這就需要研制一套專門裝置。這套裝置能夠在月表自動(dòng)承接、密封月球樣品，并保證樣品完好無(wú)缺地送回地球。
面對(duì)這一艱巨任務(wù)，研制團(tuán)隊(duì)接連突破多項(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)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。
在一系列關(guān)鍵核心技術(shù)的支撐下，嫦娥六號(hào)月背“挖土”如期“竣工”，為達(dá)成“人類首次月背自動(dòng)采樣返回”目標(biāo)又向前邁進(jìn)關(guān)鍵一步。(完)