我国首次用「机器手」在外星“挖土”

北京时间12月2日4时53分，探月工程嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成了月球钻取采样及封装。嫦娥五号探测器自动采样任务采用表钻结合，多点采样的方式，设计了钻具钻取和机械臂表取两种“挖土”模式。

在外星球用机器手，我们中国头一次做

嫦娥五号着陆器安全降落之后便开始进行样品采集，采集的方式对于中国航天来说是一次全新的尝试。

中国工程院院士 国家航天局原局长 探月工程首任总指挥 栾恩杰：着陆器下来以后我就开始取样了，我们一有个手去铲，在外星球用机器手，我们中国头一次做。

我们月球的钻取机构，这是我们国家头一次设计，我形容成哈尔滨香肠。就在钻的时候，它要把钻取的芯，岩芯的部分要装到一个包裹，这个包裹是一个长的，所以像个香肠一样，要把它紧密地包裹好，封装好。

这些土壤不能在转移到地球的时候被地球污染了，因为地球环境和月球环境是不一样的，有些物质一定要在非常洁净的环境下，保持住我们取得这样这点东西。

要在38万公里之外取一捧土，难度可想而知。除了要选择准确的着陆点外，着陆器上的机械臂和钻头必须协同配合，每一个步骤都要精到毫厘。

“取土返回”过程大约要经历敲击、钻取、封装、对接转移、返回地球等环节，而在每一个动作背后， “机械手”在月壤采样环节的等一系列流程中发挥了关键作用。

嫦娥“取土”道道关后有电机

当嫦娥五号上的着陆器与轨道器主体分离并着陆后，它的采样机械臂与采样钻头就开始了协同工作。

看到那个白色的机械臂了吗？这个又细又长的机械臂就是挖土的铲子，可以360度无死角可视化操作，臂的末端一头是一个小铲子，一头是浅表钻，可以轻松完成铲挖、浅钻、拾取这些动作。

机械臂的动力从哪来呢？

如同人体手臂乃至手掌的力量来自肱二头肌、肱挠肌、掌肌等一样，机械臂各个关节的力量来自于安装在关节处的的电机，它们就是表采关节臂电机组件。

表采机械臂电机组件是航天四院四〇一所微特电机事业部历时4年完成研制的产品，过程中解决了诸多难题 ，使产品具有了高可靠性和强适应性。

这两个电机，大的重量不超过450克，小的不超过250克，可谓是“个小劲大还精神”，并且电机端精度可达1度以内，实现高精度挖土。

两种电机装在机械臂的各个关节附近，暴露于月表环境中，这决定了它们要耐受太阳直射下超过130℃的环境温度，以及比地球环境大的多的辐射，还要在真空环境下承担难以散热带来的性能衰减。

在这么恶劣的环境下，电机会不会突然没电了？为了保证任务完成，研制团队将2台性能都能满足任务要求的电机“塞”进了同一个电机壳体中，一个顶俩，双向保障。此外，还增加了突然断电情况下对机械臂的位置保持功能，防止机械臂砸在月球上摔坏。

21所研发设计师李雨表示，“加载电机”为着陆器在钻取月壤时推动钻头前进提供动力。

在钻取的过程中，遇到大块坚硬岩石怎么办？原来，钻头还自带一个“锤子”电机，当下探遇阻时，它能为钻头提供敲打动力，“笃笃笃”地敲碎石块。采样完成后，一个装在着陆器顶部的“整形电机”就该出场了，它将采集到的月壤提升出月面并装入上升器中的密封封装装置。

密封封装装置采用了一个带位置反馈和丝杆的减速步进电机组件，在月壤装入前，打开密封盖，待月壤放进来后，再把盖子密封盖牢，是确保月壤能被盖牢并安全返回的关键部件。

该组件产品是航天工程首个高度集成的轻小型化电机组件产品。组件被压缩在密封装置一个狭窄的空间里，所以设计师将其设计的非常小巧，重量仅有400多克，但可输出不小于550牛的轴向力，可将密封装置可靠密封。

月球上玩“自拍”还需要“眼睛”和“大脑”

中科院西安光机所为嫦娥五号探测器提供的相机以及视觉系统，不仅为实现月球表面取土采样提供“眼睛”和“大脑”，确保采样任务完成，还能让嫦娥在月球表面玩“自拍”。

嫦娥五号探测器实现月球正面预选区域软着陆后，正在按计划开展月面自动采样等后续工作，两台全景相机将承担采样区月表形貌和月面国旗成像任务。

中科院西安光机所月球与深空探测技术研究室研究员李福：“一个是拍摄国旗展示系统，另外就是对整个月面进行立体成像，形成月面地形地貌整个特征。”

嫦娥五号着陆器和上升器组合体着陆后全景相机环拍成像

嫦娥五号只有着陆器，没有巡视器，要拍摄国旗展开过程，只能通过自拍的方式。为此，研制团队专门为相机设计了转台，并进行了攻关和试验，确保全景相机转台在月表±100℃的工况下的可靠性，实现相机自主转动和拍摄。

李福：“我们要在通过转台转到一定的角度，实现拍摄着陆器自身上的一个国旗。就相当于人拿个自拍竿转过来刚好拍摄自己的图像。”

嫦娥五号在月球表面实现取土采样，完全靠机械来完成，西安光机所为嫦娥五号配备的远摄相机，安装在着陆器月球表面采样机械臂上，并通过视觉系统发出动作指令，不仅是机械臂。

“星际快递员”组合接力

月球样本非常珍贵，所以大家也非常期待，怎么带回来呢？三个步骤：从月面起飞，在月球轨道上无人交会对接，最终带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

这个过程由三个“星际快递员”——嫦娥五号的上升器、轨道器和返回器接力完成。首先，上升器要带着月球样本从月球表面出发，到达月球轨道后，它就会和轨道器和返回器组成的轨返组合体会合，并把快递包裹交给它们。

之后，上升器分离，轨返组合体带着月球样本从月球轨道向地球轨道转移。进入地球轨道后，轨道器则会告别返回器，最终只有返回器以打水漂的方式飞回地球。我们也期待着中国人自己采集的月球土壤安全抵达。

原文标题：中国首次用「机器手」外星“挖土”，是时候展现真正的挖掘技术了！

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责任编辑：haq