嫦娥六号如何实现⽉背“挖宝”?解锁那些关键设备

作者: 王颖

来源: 中央⼴播电视总台

发布日期: 2024-06-12 07:30:59

嫦娥六号在⽉球背⾯完成采样任务,通过一系列高科技设备确保安全着陆和采样,包括激光测距敏感器、激光测速敏感器和激光三维成像敏感器等,以及⽉球矿物光谱分析仪和钻取设备,这些设备帮助嫦娥六号成功实现“挖宝”任务。

嫦娥六号⽇前完成世界⾸次⽉球背⾯采样。从6⽉2⽇到6⽉6⽇这⼏天时间⾥,嫦娥六号在⽉球上完成的⼀系列关键动作。降落⽉⾯、采集⽉壤、封装、拍照、⽉⾯起⻜、交会对接……等等⼀系列动作可以说是⼀⽓呵成,⼲得漂亮。

现在,携带着⽉球背⾯⼟壤的嫦娥六号轨道器和返回器组合体,正在环⽉轨道上⻜⾏,⼤约再过12天左右,等待⼀个合适的窗⼝就动身返回。

⽉壤“珍宝”即将来到地球,在这场环环相扣、步步关键的“太空接⼒”中,有不少⾼科技的应⽤,确保了步步关键成为步步稳健。解锁嫦娥六号“太空挖宝⼯具箱”,了解⼏个在“挖宝”过程中起到关键作⽤的关键设备,看看它们究竟是怎么让嫦娥六号落得下去、看得清楚、挖得到宝。

三个敏感器接⼒协作

确保安全着陆

与⽉球正⾯相⽐,⽉球背⾯布满了⼤⼤⼩⼩的撞击坑,怎么才能让嫦娥六号安全着陆在⼀块相对平坦的区域上,实现“落得准”呢,这就需要让探测器拥有“眼睛”和“⽿朵”,能够眼观六路、⽿听⼋⽅,嫦娥六号⾃身携带了三个敏感器,通过敏感器的接⼒协作,把要降落的地⽅看清楚、判断准,确保嫦娥六号实现稳稳落⽉。

嫦娥六号携带了许多敏感器,这些敏感器就像是探测器的眼睛和⽿朵,它们通过光学、微波等⽅式⾃动判断具体的着陆地点。这些敏感器就包括中国科学院上海技术物理研究所研制的激光测距敏感器、激光测速敏感器和激光三维成像敏感器。

激光测距敏感器:测量与⽉背表⾯距离

其中,激光测距敏感器向⽉⾯发射激光光脉冲,通过测量⽉⾯回波脉冲信号与激光发射脉冲信号的时间间隔,时刻提醒着上组合体跟⽉背表⾯还有多远的距离。

嫦娥六号激光测距敏感器副主任设计师

程鹏⻜:

它是嫦娥六号最早开机的⼀台载荷,它从距离⽉⾯⼤概30公⾥处开始⼯作,直⾄探测器软着陆,全程都要为嫦娥六号探测器提供精确的距离信息。

激光测速敏感器:速度测准着陆才稳

当嫦娥六号着陆器下降到距离⽉表3公⾥处时,激光测速敏感器开始⼯作,它主要解决速度测量的问题,速度测得越准,着陆才能越稳。

简单来说,激光测距敏感器和激光测速敏感器的作⽤是在下降过程中给着陆器提供实时距离和速度信息,确保着陆精度和安全;⽽着陆点的选取则依靠激光三维成像敏感器。

三维成像敏感器:可识别0.2⽶的坑

嫦娥六号激光三维成像敏感器主管设计师

李铭:

在距⽉球100⽶左右的⼀个距离的时候,嫦娥六号着陆器会悬停在⽉球的上空,我们的激光三维成像敏感器会开机⼯作,在0.25秒的时间内对⽉球30度乘30度这样⼀个范围的地形进⾏精细的三维成像探测,可以获得五厘⽶的精度,作⽤是可以寻找⼀个平坦的安全着陆区,把嫦娥六号降下去,防⽌出现坑或者是障碍。

激光三维成像敏感器的测量有多精准呢?专家介绍,它能在空中把0.2⽶的坑和⽯头区别出来,帮助探测器⾃主判断落地区域是否存在障碍;⽽且在着陆器悬停的过程中,它仅有三次作出判断的机会,做到⼜快⼜准,三个敏感器接⼒协作,才保证了此次嫦娥六号选取了安全的着陆点成功在⽉背软着陆。

“⽉壤鹰眼”:⽉球矿物光谱分析仪

安全软着陆后,嫦娥六号在⽉球背⾯完成了“挖⼟”采样的任务,在这个过程中,⽉球矿物光谱分析仪开机⼯作,它就像⼀个“鹰眼”,能够快速进⾏光谱探测、识别采样区域的矿物成分,还具备了对⽉球⽔检测的能⼒。

专家告诉我们,在嫦娥六号探测器顺利登陆⽉背之后,只有约48⼩时的⽉⾯⼯作时间,⽉球矿物光谱分析仪是在探测器收集表⾯⽉壤时⼯作的,它需要在“挖⼟”前和“挖⼟”后,分别对⽉壤光谱特征信息进⾏记录。

中国科学院上海技术物理研究所⽉球与深空探测系列载荷指挥

舒嵘:

将来我们样品取回来以后,就可以知道样品在⽉球表⾯的时候,它的背景参数,相当于地质背景,知道它取样的环境是个什么样。我只取了⼀部分样品,但是剩下的样品它是什么样的⼀个光谱特征,这样实际上就为科学家的样品分析,做⼀些背景数据。

据介绍,此次⽉球矿物光谱分析仪⽤上了⽉球表⾯原位光谱探测技术,国际上⾸次实现了在⽉表复杂场景下对矿物的近距离且不破坏赋存状态的⾼分辨率光谱实时探测。

不仅分析了采样区的矿物组成分布,⽉球矿物光谱分析仪还特别关注⽉壤中是否含有⽉球⽔的存在,为破解与揭示⽉球起源与演化等科学难题提供了独特的新视⻆。

钻取设备⻓2.5⽶

怎样采样和储存?

嫦娥六号⾸次在⽉球背⾯“挖⼟”取样,仍然采⽤了“表取”和“钻取”和两种⽅式。“表取”就是⼩铲⼦铲⼟,“钻取”就是⽤钻杆钻⼟,然后储存起来。其中的钻取设备,钻杆有两⽶多⻓,它是怎么实现取样的?关键是,这么⻓的样品它是怎么储存到那么⼩的密封装置⾥的呢?嫦娥六号的钻取设备⽐嫦娥五号的⼜有哪些创新?到这个设备的研制单位去看⼀看。

据介绍,此次嫦娥六号“钻取”所⽤的采样装置共有三层结构,设计⻓度为2.5⽶,最外层是外钻杆,紧靠外钻杆的是取芯管,取芯管的外⾯包裹着⼀条取芯袋。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。

中国科学院⾦属研究所研究员

⻢宗义:

钻杆在钻取的时候必须得耐磨,不能有⼤的变形,如果变形⽐较⼤的话,⽉壤就取不回来了。

得保证它有⾜够的塑性和韧性,使它在整个运转的过程中、在钻取过程中不会发⽣开裂。

外钻杆是嫦娥六号钻取采样设备中的关键部件,为了保证它钻取有⼒度、不易变形,同时重量能够进⼀步减轻,中国科学院⾦属研究所科研团队进⾏了⼀系列探索,最终研制出了⾼强韧铝基复合材料挤压棒材、锻件和厚壁管材,实现材料性能和稳定性的⼤幅提升,⽤这些材料制作的钻杆耐磨性和强度可以与钢材媲美,同时重量减轻了65%。

另外,科研团队对取芯管也进⾏了全⾯升级,采⽤两种轻质异形铝合⾦制造,使得钻取装备的整体重量进⼀步减轻。

中国科学院⾦属研究所研究员

姜海昌:

我们这个管⼦要求是⼀体化成型的,我们可以看到它特别⻓,为了在登⽉过程中减轻重量,所以它这个壁要求很薄,对我们的加⼯造成很⼤的困难。所以在整个制造过程当中,我们不断地在更换制造的模具、夹具,进⾏相应的⽣产。

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