嫦娥五号成功奔月,上海给它配齐了锤子和钻孔工具,"挖土"真难

嫦娥五号今天凌晨就出发前往月球,此行的目的地是位于月球正面的吕姆克山脉,这里是火山结构地区,前苏联和美国都没有来过,更没有取过样品。而这一次嫦娥五号探测器将在这个地区展开"挖土"行动,预计将带回2公斤的月岩回地球分析。而想要完美的采样并不容易,幸好嫦娥五号有上海某科研机构的助力,一把锤子一个钻孔工具,让其有了给月球取样的机动力,而这里面包含着很多黑科技。

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嫦娥五号取样的秘诀是靠电机,锤子、钻子都是黑科技

嫦娥五号将在吕姆克山脉采集月岩,而和以前前苏联、美国不同,我们这次是无人自动取样,要想顺利开展工作,工具必不可少。而在月岩采样环节的敲击、钻取、提升、封装、对接转移、返回地球等流程中,上海科研机构研制的电机将发挥重要作用,一次性提供5个类别16款电机产品,为嫦娥五号探测器一次性配齐工具。

在取样过程中,为了尽量取能反应月球地质演变信息的月岩,就需要在月球的表层找到较大的岩石,但是太大了装不了,太小了又怕和普遍存在的风化土壤一样性质,怎么办?

那就用锤子给砸开。这个锤子要求比较高,必须快、准、狠,同时还要满足月球的特殊环境。

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为此上海某科研单位提供了一款直径为60mm的行星减速无刷电动机,可别小看就是一款电机。月球表面都是月尘,一不小心就呛入到电机内部。同时月球是没有空气的,处于真空状态,电机长时间工作散热是个大问题。同时重力也只有地球的1/6,就好比在水底里用锤子砸核桃,光使力气,不见效果。还有最重要的一点,由于运载需求,所有搭载的东西必须轻量化,用于工作的锤子也不例外。

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既要轻,又要有力气,还要能长时间工作,怎么办?

研发团队经过艰难攻关在无刷电机前段加装了行星减速器,给电机增加输出的力量,这样不仅解决了动力需求,也降低了温升的范围。针对月尘问题,他们对电机接口做了精心设计:探测器内部的电机接口做了精心设计,确保严丝合缝;对于裸露在外的电机机组,他们则采用不含通孔的全封闭结构。

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技术方案上没问题之后,还需要经过大量的仿真实验,电磁学、力学、热学等一系列实验做下来,就一次性达标了。

锤子是没问题了,此次嫦娥五号还需要钻孔2米,同样的问题也迎刃而解。在月球上钻孔,并且提取上来,主要是靠加载电机、整形电机这两个关键部件。

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由于整形电机暴露在探测器顶部,没有防护,无论是电磁射线还是温度急剧变化等因素,都要求它必须有极强的环境适应能力。为此专家们在模拟月球环境下,研发出来了真空带载装置。经过大胆设计、小心求证的过程,充分的实验证明方案的可行性,成功解决难题。

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该科研机构高级专家李雨说:

"加载电机和整形电机的电磁设计上,我们就采用了一种新型的冲片结构,在不改变体积的前提下,将力矩增加了30%以上。"这种创新设计,将为"嫦娥五号"钻取到符合要求的月壤样品提供保障。

同样,当成功取样后,上升器将与轨道器对接,把样品转移至返回器内,科研机构也充分设计,小心验证,最终搞定种种难题。当然还有其他需要电机动力源的部分,研发机构也都一一搞定。

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探月工程的意义不仅在于其本身,科研院所形成合力将开创新的里程碑

探月工程是一项复杂的多学科、高技术集成的系统工程,参加工程研制、实验、科学应用的各个单位和广大科技工作者团结协作,形成合力。实践证明,实行全局一盘棋、多方合作、大力协同是组织实施国家重大科技工程的有效方法。

各个力量凭借各自优势,在细致的部件里面再攻关,在未知的各个细分领域再挑战,最终形成合力,才不断的形成了突破。

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上海提供了电机,西安提供了测控,文昌提供了发射平台,还有许许多多的科研院所,企事业单位为此奋斗,而联合攻关本身就能带动我国科研实力和制造水平的提升。更不要说在新发现成果后取得的一连串成绩。

不仅如此,探月工程中引入了竞争机制,充分调动全社会优势科技资源,推进探月工程又好又快发展。广发英雄帖,张榜待能人。这一举充分提高了各个力量参与的积极性,也让探索研究活动本身更有活力。

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2013年,嫦娥三号任务的圆满成功,标志着我国探月工程"绕、落、回"第二步战略目标的全面实现。在动力下降、两器分离、月地间遥操作、月面生存、测控通信等方面,突破了一批重大关键技术,取得了一批具有自主知识产权的科技成果,实现了我国航天领域的"七大创新"。

2020年,嫦娥四号着陆器和"玉兔二号"月球车,在遥远的月球背面,分别于11月10日3时12分和11月9日10时17分结束月夜休眠,受光照自主唤醒,迎来第24月昼。而截至目前,嫦娥四号已顺利工作677个地球日。

就在刚刚,在我国航天器发射史上也是位数前列的"大块头",总质量约8200kg的,嫦娥五号正在奔向目的地。这个胖五送上月球的庞然大物已是我国科研院所对其减肥的结果,每一克中都饱含汗水,每一刻都值得铭记。

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42年前我们获得了1g月岩,分成两半后,我们用最少的样本研究出了最多的成果,这不是样本有多厉害,恰恰说明我们的研究人员、研究方法的突出之处。

44年前人类最后一次登陆月球,取回170g样本,半个世纪以来人类从月球总共带回了约383千克的月岩、月壤样品,而我们凭借这其中仅仅0.5g,对月球有了初步的了解。通过"绕落回"我们即将带回2公斤别人未曾到过的,也未取得过的过样品。

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而这一切才刚刚开始,85岁的嫦娥之父欧阳自远院士表示我们还将在月球建立科研基地。欣喜的是在发射直播中我们看到的许多年轻首席科学家的身影,薪火相传,齐心协力,未来在太空深处,必将看到许许多多中国人的身影。

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页面更新:2024-05-13

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