嫦娥六号经受住了月背高温考验,挖到了月球“土特产”,采样完成后,月球表面留下一个“中”字。
　　6月4日7时38分,嫦娥六号上升器携带月球样品自月球背面起飞,成功进入预定环月轨道。这是人类探测器首次完成月球背面采样和起飞。要顺利采集宝贵的月球样品,离不开钻取、表取、封装等一系列关键核心技术的支撑。
　　“钻”“表”结合
　　此前,人类对月球实施过多次采样返回任务,但采样地点均位于月球正面。嫦娥六号探测器的着陆和采样地点位于月球背面南极—艾特肯盆地,该区域被公认为月球上最大、最古老和最深的盆地,具有极高的科研价值。
　　月背“挖土”是门精细活。科研人员为嫦娥六号设计了两种“挖土”方式:钻具钻取和机械臂表取。
　　钻取采样装置设计长度为2.5米,由特殊的硬质合金制成,一共有三层结构,最外层是可以旋转钻进的外钻杆。紧靠外钻杆的是取芯管。取芯管的外面包裹着一条长长的袋子,叫取芯袋。当钻头向下钻进时,取芯袋也会跟随着取芯管向下运动,而钻取到的月壤岩芯则会被顶进袋内,这个过程有点像“穿袜子”。取样后的取芯袋以缠绕的方式,存放在钻取初级密封装置上。
　　表取采样是借由机械臂完成的,机械臂的伸展长度达到了3.7米,可以在120度的范围内实施月面采样,并且能连续多次采样。
　　机械臂携带了一个“末端采样器”,一头的采样器兼具了挖取、铲挖、抓取三种功能:对于颗粒细小的月壤可直接挖取,对于较小的石块则可以铲挖,此外,它还可以抓取更大尺寸的石块。另一头的采样器则能对一些相对坚硬的目标进行浅钻,并通过花瓣结构进行样本提取。表取采样来的样品,会被放置在表取初级密封装置中,取样工作结束后,表取初级密封装置就会从着陆器上被提取出来,放置在上升器顶部的密封封装装置中,进行封装。
　　中国航天科技集团金晟毅介绍,钻取和表取的侧重点各不相同。钻取需要采集一定深度的月球次表层样品,要争取让采样装置采得更深,让样品种类更为丰富。而表取采样则是在一片区域里进行多次采样,主要采样目标是月球表面的风化层样品。
　　“月背采样是先钻取后表取。”金晟毅表示,两种“挖土”方式实现的技术途径、采集的月球样品种类不一样,科学价值也不尽相同。
“地月协作”
　　首次在月背采样,嫦娥六号面临着前所未有的挑战。中国航天科技集团任德鹏指出,相比嫦娥五号,嫦娥六号任务有三个特点:一是采样地点位于月背,为保证数传链路的连续性,必须依靠鹊桥二号中继星“搭桥”；二是采样地点所处的纬度更高,月壤的风化程度相比低纬度地区更加不充分,月壤的石块含量可能会更多,这对地面规划和采样机构来说是更大挑战；三是采样时间相比嫦娥五号更短。
　　“钻得动”是研制团队最为关注的环节之一。为此,研制团队在嫦娥六号“出发”前就开展了大量地面试验与仿真分析。针对月背中继通信可能无法有效配合钻采作业这一极端工况,研制团队设计了应急程序,做好充分准备,确保在极端工况下能通过“人机协作”方式,辅助嫦娥六号及时研判控制钻取风险,现场决策后续动作。
　　结合月壤特性,研制团队设计了“百里挑一”的独创钻头,通过对比多种设计方案,最终确定了取芯机构方案以及相应构型,使其具备高硬度岩石的钻进能力。同时,研制团队针对不同颗粒度月壤切削、拨、挤、排能力,让钻头形成多个切削面,在实现高效取芯的同时,具有良好的层序保持特性,让高难度的月背“挖土”更稳妥顺畅。
高效打包
　　月球表面为高真空、高低温、月尘综合环境。要将38万公里之外的月球样品在无人条件下进行打包封装,历经空间飞行、再入返回等步骤还不被地面环境污染,维持月球样品原态,这就需要研制一套专门装置。这套装置能够在月表自动承接、密封月球样品,并保证样品完好无缺地送回地球。
　　面对这一艰巨任务,研制团队接连突破多项关键核心技术,确保嫦娥六号完成自动密封任务。为保证取得的样品在提芯的过程中不发生掉落,研制团队经过多方案的筛选验证,设计采用了特定封口方案。封口器采用扭转密闭式结构,并进行大应变材料设计,具有低力载、高可靠的特点,且长时间处于大变形承载状态下不发生应力松弛现象,实现简单可靠的封口。
　　针对采集的月壤样品具有可变形特征,嫦娥六号探测器还专门设计了特殊的提芯拉绳,确保取芯软袋具有确定的几何形状,方便样品传送和转移。
　　在一系列关键核心技术的支撑下,嫦娥六号月背“挖土”如期“竣工”,为达成“人类首次月背自动采样返回”目标又向前迈进关键一步。　　　　　　　　　综合中新社、央视