北京時(shí)間12月2日4時(shí)53分,探月工程嫦娥五號(hào)著陸器和上升器組合體完成了月球鉆取采樣及封裝。嫦娥五號(hào)探測器自動(dòng)采樣任務(wù)采用表鉆結(jié)合,多點(diǎn)采樣的方式,設(shè)計(jì)了鉆具鉆取和機(jī)械臂表取兩種“挖土”模式。
在外星球用機(jī)器手,我們中國頭一次做
嫦娥五號(hào)著陸器安全降落之后便開始進(jìn)行樣品采集,采集的方式對(duì)于中國航天來說是一次全新的嘗試。
中國工程院院士 國家航天局原局長 探月工程首任總指揮 欒恩杰:著陸器下來以后我就開始取樣了,我們一有個(gè)手去鏟,在外星球用機(jī)器手,我們中國頭一次做。
我們?cè)虑虻你@取機(jī)構(gòu),這是我們國家頭一次設(shè)計(jì),我形容成哈爾濱香腸。就在鉆的時(shí)候,它要把鉆取的芯,巖芯的部分要裝到一個(gè)包裹,這個(gè)包裹是一個(gè)長的,所以像個(gè)香腸一樣,要把它緊密地包裹好,封裝好。
這些土壤不能在轉(zhuǎn)移到地球的時(shí)候被地球污染了,因?yàn)榈厍颦h(huán)境和月球環(huán)境是不一樣的,有些物質(zhì)一定要在非常潔凈的環(huán)境下,保持住我們?nèi)〉眠@樣這點(diǎn)東西。
要在38萬公里之外取一捧土,難度可想而知。除了要選擇準(zhǔn)確的著陸點(diǎn)外,著陸器上的機(jī)械臂和鉆頭必須協(xié)同配合,每一個(gè)步驟都要精到毫厘。
“取土返回”過程大約要經(jīng)歷敲擊、鉆取、封裝、對(duì)接轉(zhuǎn)移、返回地球等環(huán)節(jié),而在每一個(gè)動(dòng)作背后, “機(jī)械手”在月壤采樣環(huán)節(jié)的等一系列流程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
嫦娥“取土”道道關(guān)后有電機(jī)
當(dāng)嫦娥五號(hào)上的著陸器與軌道器主體分離并著陸后,它的采樣機(jī)械臂與采樣鉆頭就開始了協(xié)同工作。
看到那個(gè)白色的機(jī)械臂了嗎?這個(gè)又細(xì)又長的機(jī)械臂就是挖土的鏟子,可以360度無死角可視化操作,臂的末端一頭是一個(gè)小鏟子,一頭是淺表鉆,可以輕松完成鏟挖、淺鉆、拾取這些動(dòng)作。
機(jī)械臂的動(dòng)力從哪來呢?
如同人體手臂乃至手掌的力量來自肱二頭肌、肱撓肌、掌肌等一樣,機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的力量來自于安裝在關(guān)節(jié)處的的電機(jī),它們就是表采關(guān)節(jié)臂電機(jī)組件。
表采機(jī)械臂電機(jī)組件是航天四院四〇一所微特電機(jī)事業(yè)部歷時(shí)4年完成研制的產(chǎn)品,過程中解決了諸多難題 ,使產(chǎn)品具有了高可靠性和強(qiáng)適應(yīng)性。
這兩個(gè)電機(jī),大的重量不超過450克,小的不超過250克,可謂是“個(gè)小勁大還精神”,并且電機(jī)端精度可達(dá)1度以內(nèi),實(shí)現(xiàn)高精度挖土。
兩種電機(jī)裝在機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)附近,暴露于月表環(huán)境中,這決定了它們要耐受太陽直射下超過130℃的環(huán)境溫度,以及比地球環(huán)境大的多的輻射,還要在真空環(huán)境下承擔(dān)難以散熱帶來的性能衰減。
在這么惡劣的環(huán)境下,電機(jī)會(huì)不會(huì)突然沒電了?為了保證任務(wù)完成,研制團(tuán)隊(duì)將2臺(tái)性能都能滿足任務(wù)要求的電機(jī)“塞”進(jìn)了同一個(gè)電機(jī)殼體中,一個(gè)頂倆,雙向保障。此外,還增加了突然斷電情況下對(duì)機(jī)械臂的位置保持功能,防止機(jī)械臂砸在月球上摔壞。
21所研發(fā)設(shè)計(jì)師李雨表示,“加載電機(jī)”為著陸器在鉆取月壤時(shí)推動(dòng)鉆頭前進(jìn)提供動(dòng)力。
在鉆取的過程中,遇到大塊堅(jiān)硬巖石怎么辦?原來,鉆頭還自帶一個(gè)“錘子”電機(jī),當(dāng)下探遇阻時(shí),它能為鉆頭提供敲打動(dòng)力,“篤篤篤”地敲碎石塊。采樣完成后,一個(gè)裝在著陸器頂部的“整形電機(jī)”就該出場了,它將采集到的月壤提升出月面并裝入上升器中的密封封裝裝置。
密封封裝裝置采用了一個(gè)帶位置反饋和絲桿的減速步進(jìn)電機(jī)組件,在月壤裝入前,打開密封蓋,待月壤放進(jìn)來后,再把蓋子密封蓋牢,是確保月壤能被蓋牢并安全返回的關(guān)鍵部件。
該組件產(chǎn)品是航天工程首個(gè)高度集成的輕小型化電機(jī)組件產(chǎn)品。組件被壓縮在密封裝置一個(gè)狹窄的空間里,所以設(shè)計(jì)師將其設(shè)計(jì)的非常小巧,重量僅有400多克,但可輸出不小于550牛的軸向力,可將密封裝置可靠密封。
月球上玩“自拍”還需要“眼睛”和“大腦”
中科院西安光機(jī)所為嫦娥五號(hào)探測器提供的相機(jī)以及視覺系統(tǒng),不僅為實(shí)現(xiàn)月球表面取土采樣提供“眼睛”和“大腦”,確保采樣任務(wù)完成,還能讓嫦娥在月球表面玩“自拍”。
嫦娥五號(hào)探測器實(shí)現(xiàn)月球正面預(yù)選區(qū)域軟著陸后,正在按計(jì)劃開展月面自動(dòng)采樣等后續(xù)工作,兩臺(tái)全景相機(jī)將承擔(dān)采樣區(qū)月表形貌和月面國旗成像任務(wù)。
中科院西安光機(jī)所月球與深空探測技術(shù)研究室研究員李福:“一個(gè)是拍攝國旗展示系統(tǒng),另外就是對(duì)整個(gè)月面進(jìn)行立體成像,形成月面地形地貌整個(gè)特征?!?/p>
嫦娥五號(hào)著陸器和上升器組合體著陸后全景相機(jī)環(huán)拍成像
嫦娥五號(hào)只有著陸器,沒有巡視器,要拍攝國旗展開過程,只能通過自拍的方式。為此,研制團(tuán)隊(duì)專門為相機(jī)設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)臺(tái),并進(jìn)行了攻關(guān)和試驗(yàn),確保全景相機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)在月表±100℃的工況下的可靠性,實(shí)現(xiàn)相機(jī)自主轉(zhuǎn)動(dòng)和拍攝。
李福:“我們要在通過轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到一定的角度,實(shí)現(xiàn)拍攝著陸器自身上的一個(gè)國旗。就相當(dāng)于人拿個(gè)自拍竿轉(zhuǎn)過來剛好拍攝自己的圖像?!?/p>
嫦娥五號(hào)在月球表面實(shí)現(xiàn)取土采樣,完全靠機(jī)械來完成,西安光機(jī)所為嫦娥五號(hào)配備的遠(yuǎn)攝相機(jī),安裝在著陸器月球表面采樣機(jī)械臂上,并通過視覺系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)作指令,不僅是機(jī)械臂。
“星際快遞員”組合接力
月球樣本非常珍貴,所以大家也非常期待,怎么帶回來呢?三個(gè)步驟:從月面起飛,在月球軌道上無人交會(huì)對(duì)接,最終帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。
這個(gè)過程由三個(gè)“星際快遞員”——嫦娥五號(hào)的上升器、軌道器和返回器接力完成。首先,上升器要帶著月球樣本從月球表面出發(fā),到達(dá)月球軌道后,它就會(huì)和軌道器和返回器組成的軌返組合體會(huì)合,并把快遞包裹交給它們。
之后,上升器分離,軌返組合體帶著月球樣本從月球軌道向地球軌道轉(zhuǎn)移。進(jìn)入地球軌道后,軌道器則會(huì)告別返回器,最終只有返回器以打水漂的方式飛回地球。我們也期待著中國人自己采集的月球土壤安全抵達(dá)。
原文標(biāo)題:中國首次用「機(jī)器手」外星“挖土”,是時(shí)候展現(xiàn)真正的挖掘技術(shù)了!
文章出處:【微信公眾號(hào):傳感器技術(shù)】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
責(zé)任編輯:haq
-
探測器
+關(guān)注
關(guān)注
14文章
2596瀏覽量
72803 -
機(jī)器
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
773瀏覽量
40663
原文標(biāo)題:中國首次用「機(jī)器手」外星“挖土”,是時(shí)候展現(xiàn)真正的挖掘技術(shù)了!
文章出處:【微信號(hào):WW_CGQJS,微信公眾號(hào):傳感器技術(shù)】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
評(píng)論