嫦娥六號(hào)日前完成世界首次月球背面采樣。從6月2日到6月6日這幾天時(shí)間里，嫦娥六號(hào)在月球上完成的一系列關(guān)鍵動(dòng)作。降落月面、采集月壤、封裝、拍照、月面起飛、交會(huì)對(duì)接……等等一系列動(dòng)作可以說(shuō)是一氣呵成，干得漂亮。戳視頻回顧↓
現(xiàn)在，攜帶著月球背面土壤的嫦娥六號(hào)軌道器和返回器組合體，正在環(huán)月軌道上飛行，大約再過(guò)12天左右，等待一個(gè)合適的窗口就動(dòng)身返回。
月壤“珍寶”即將來(lái)到地球，在這場(chǎng)環(huán)環(huán)相扣、步步關(guān)鍵的“太空接力”中，有不少高科技的應(yīng)用，確保了步步關(guān)鍵成為步步穩(wěn)健。解鎖嫦娥六號(hào)“太空挖寶工具箱”，了解幾個(gè)在“挖寶”過(guò)程中起到關(guān)鍵作用的關(guān)鍵設(shè)備，看看它們究竟是怎么讓嫦娥六號(hào)落得下去、看得清楚、挖得到寶。
三個(gè)敏感器接力協(xié)作 確保安全著陸
與月球正面相比，月球背面布滿(mǎn)了大大小小的撞擊坑，怎么才能讓嫦娥六號(hào)安全著陸在一塊相對(duì)平坦的區(qū)域上，實(shí)現(xiàn)“落得準(zhǔn)”呢，這就需要讓探測(cè)器擁有“眼睛”和“耳朵”，能夠眼觀六路、耳聽(tīng)八方，嫦娥六號(hào)自身攜帶了三個(gè)敏感器，通過(guò)敏感器的接力協(xié)作，把要降落的地方看清楚、判斷準(zhǔn)，確保嫦娥六號(hào)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)穩(wěn)落月。
嫦娥六號(hào)攜帶了許多敏感器，這些敏感器就像是探測(cè)器的眼睛和耳朵，它們通過(guò)光學(xué)、微波等方式自動(dòng)判斷具體的著陸地點(diǎn)。這些敏感器就包括中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研制的激光測(cè)距敏感器、激光測(cè)速敏感器和激光三維成像敏感器。
激光測(cè)距敏感器：測(cè)量與月背表面距離
其中，激光測(cè)距敏感器向月面發(fā)射激光光脈沖，通過(guò)測(cè)量月面回波脈沖信號(hào)與激光發(fā)射脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，時(shí)刻提醒著上組合體跟月背表面還有多遠(yuǎn)的距離。
嫦娥六號(hào)激光測(cè)距敏感器副主任設(shè)計(jì)師 程鵬飛：它是嫦娥六號(hào)最早開(kāi)機(jī)的一臺(tái)載荷，它從距離月面大概30公里處開(kāi)始工作，直至探測(cè)器軟著陸，全程都要為嫦娥六號(hào)探測(cè)器提供精確的距離信息。
激光測(cè)速敏感器：速度測(cè)準(zhǔn)著陸才穩(wěn)
當(dāng)嫦娥六號(hào)著陸器下降到距離月表3公里處時(shí)，激光測(cè)速敏感器開(kāi)始工作，它主要解決速度測(cè)量的問(wèn)題，速度測(cè)得越準(zhǔn)，著陸才能越穩(wěn)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，激光測(cè)距敏感器和激光測(cè)速敏感器的作用是在下降過(guò)程中給著陸器提供實(shí)時(shí)距離和速度信息，確保著陸精度和安全；而著陸點(diǎn)的選取則依靠激光三維成像敏感器。
三維成像敏感器：可識(shí)別0.2米的坑
嫦娥六號(hào)激光三維成像敏感器主管設(shè)計(jì)師 李銘：在距月球100米左右的一個(gè)距離的時(shí)候，嫦娥六號(hào)著陸器會(huì)懸停在月球的上空，我們的激光三維成像敏感器會(huì)開(kāi)機(jī)工作，在0.25秒的時(shí)間內(nèi)對(duì)月球30度乘30度這樣一個(gè)范圍的地形進(jìn)行精細(xì)的三維成像探測(cè)，可以獲得五厘米的精度，作用是可以尋找一個(gè)平坦的安全著陸區(qū)，把嫦娥六號(hào)降下去，防止出現(xiàn)坑或者是障礙。
激光三維成像敏感器的測(cè)量有多精準(zhǔn)呢？專(zhuān)家介紹，它能在空中把0.2米的坑和石頭區(qū)別出來(lái)，幫助探測(cè)器自主判斷落地區(qū)域是否存在障礙；而且在著陸器懸停的過(guò)程中，它僅有三次作出判斷的機(jī)會(huì)，做到又快又準(zhǔn)，三個(gè)敏感器接力協(xié)作，才保證了此次嫦娥六號(hào)選取了安全的著陸點(diǎn)成功在月背軟著陸。
“月壤鷹眼” ：月球礦物光譜分析儀
安全軟著陸后，嫦娥六號(hào)在月球背面完成了“挖土”采樣的任務(wù)，在這個(gè)過(guò)程中，月球礦物光譜分析儀開(kāi)機(jī)工作，它就像一個(gè)“鷹眼”，能夠快速進(jìn)行光譜探測(cè)、識(shí)別采樣區(qū)域的礦物成分，還具備了對(duì)月球水檢測(cè)的能力。
專(zhuān)家告訴我們，在嫦娥六號(hào)探測(cè)器順利登陸月背之后，只有約48小時(shí)的月面工作時(shí)間，月球礦物光譜分析儀是在探測(cè)器收集表面月壤時(shí)工作的，它需要在“挖土”前和“挖土”后，分別對(duì)月壤光譜特征信息進(jìn)行記錄。
中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所月球與深空探測(cè)系列載荷指揮 舒嶸：將來(lái)我們樣品取回來(lái)以后，就可以知道樣品在月球表面的時(shí)候，它的背景參數(shù)，相當(dāng)于地質(zhì)背景，知道它取樣的環(huán)境是個(gè)什么樣。我只取了一部分樣品，但是剩下的樣品它是什么樣的一個(gè)光譜特征，這樣實(shí)際上就為科學(xué)家的樣品分析，做一些背景數(shù)據(jù)。
據(jù)介紹，此次月球礦物光譜分析儀用上了月球表面原位光譜探測(cè)技術(shù)，國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了在月表復(fù)雜場(chǎng)景下對(duì)礦物的近距離且不破壞賦存狀態(tài)的高分辨率光譜實(shí)時(shí)探測(cè)。
不僅分析了采樣區(qū)的礦物組成分布，月球礦物光譜分析儀還特別關(guān)注月壤中是否含有月球水的存在，為破解與揭示月球起源與演化等科學(xué)難題提供了獨(dú)特的新視角。
鉆取設(shè)備長(zhǎng)2.5米 怎樣采樣和儲(chǔ)存？
嫦娥六號(hào)首次在月球背面“挖土”取樣，仍然采用了“表取”和“鉆取”和兩種方式?！氨砣 本褪切＄P子鏟土，“鉆取”就是用鉆桿鉆土，然后儲(chǔ)存起來(lái)。其中的鉆取設(shè)備，鉆桿有兩米多長(zhǎng)，它是怎么實(shí)現(xiàn)取樣的？關(guān)鍵是，這么長(zhǎng)的樣品它是怎么儲(chǔ)存到那么小的密封裝置里的呢？嫦娥六號(hào)的鉆取設(shè)備比嫦娥五號(hào)的又有哪些創(chuàng)新？到這個(gè)設(shè)備的研制單位去看一看↓
據(jù)介紹，此次嫦娥六號(hào)“鉆取”所用的采樣裝置共有三層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2.5米，最外層是外鉆桿，緊靠外鉆桿的是取芯管，取芯管的外面包裹著一條取芯袋。當(dāng)鉆頭向下鉆進(jìn)時(shí)，取芯袋也會(huì)跟隨著取芯管向下運(yùn)動(dòng)，而鉆取到的月壤巖芯則會(huì)被頂進(jìn)袋內(nèi)，這個(gè)過(guò)程有點(diǎn)像“穿襪子”。取樣后的取芯袋以纏繞的方式，存放在鉆取初級(jí)密封裝置上。
中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員 馬宗義：鉆桿在鉆取的時(shí)候必須得耐磨，不能有大的變形，如果變形比較大的話(huà)，月壤就取不回來(lái)了。得保證它有足夠的塑性和韌性，使它在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中、在鉆取過(guò)程中不會(huì)發(fā)生開(kāi)裂。
外鉆桿是嫦娥六號(hào)鉆取采樣設(shè)備中的關(guān)鍵部件，為了保證它鉆取有力度、不易變形，同時(shí)重量能夠進(jìn)一步減輕，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列探索，最終研制出了高強(qiáng)韌鋁基復(fù)合材料擠壓棒材、鍛件和厚壁管材，實(shí)現(xiàn)材料性能和穩(wěn)定性的大幅提升，用這些材料制作的鉆桿耐磨性和強(qiáng)度可以與鋼材媲美，同時(shí)重量減輕了65%。另外，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)取芯管也進(jìn)行了全面升級(jí)，采用兩種輕質(zhì)異形鋁合金制造，使得鉆取裝備的整體重量進(jìn)一步減輕。
中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員 姜海昌：我們這個(gè)管子要求是一體化成型的，我們可以看到它特別長(zhǎng)，為了在登月過(guò)程中減輕重量，所以它這個(gè)壁要求很薄，對(duì)我們的加工造成很大的困難。所以在整個(gè)制造過(guò)程當(dāng)中，我們不斷地在更換制造的模具、夾具，進(jìn)行相應(yīng)的生產(chǎn)。