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这份迄今为止“最年轻”的月壤样品万博官网app登录app下载抵达地球前夕

作者: 万博官网app登录|来源: http://www.beulahchapel.com|栏目:万博官网app登录app下载
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  人类航天器时隔44年再度奔月取土。12月17日凌晨,嫦娥五号返回器携带月球样品,采用半弹道跳跃方式再入返回,在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。嫦娥五号此次带回2千克月壤,取自月球风暴洋地区。

  这份迄今为止“最年轻”的月壤样品抵达地球前夕,12月16日,南都专访香港工程科学院院士、香港理工大学教授容启亮,他曾参与嫦娥三号、嫦娥四号所用“相机指向机构系统”的研发。2011年起,容启亮带领团队与中国空间技术研究院合作,负责设计、制造了此次“嫦五”登月采样使用的近距离摄影机、表层取样器和封存月壤样品的初级封装系统。

  容启亮向南都记者透露,使用全自动机械臂采集如此大量的月球样本史无前例。“嫦五”带有两个月表采样器以应对不同质地的月壤,着陆月球后,用于月表的采样装置共采样12次,万博官网app登录app下载其中第三次一度取样过多,采样器顺利地自动凿去了一部分。

  南都:11月24日4时30分,长征五号遥五运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空,运送嫦娥五号探测器至地月转移轨道。12月1日23时11分,嫦娥五号探测器成功着陆月球。这段时间里,你和团队在做哪些准备?

  容启亮:长征五号运载火箭发射之后,我们一直留意着资讯,非常紧张地看着嫦娥五号探测器进入地月转移轨道,着陆月球。我们本来应该在北京测控中心看着它采样,但由于疫情,实际上是在香港监测全程。

  12月17日凌晨,嫦娥五号返回器携带月球样品安全着陆。新华社记者 任军川 摄

  探测器着陆,进行钻取后,就到我们的部分了。我们团队研发的是两个采样器,两个近摄像机,以及初级封装系统。具体在月球哪个区域采样,万博官网app登录app下载由地球这边的工作人员通过近摄像机传回的画面做出选择,在此之后的一切,都是全自动的。

  容启亮:首先,接到指令后,初级封装系统将样本罐打开,机械臂将采样器下放采样。

  铲子形状的采样器(甲)是为采集松散的月球样本设计的,它闭合时能震动,甩走多余碎片,也能够凿开大块的月壤。采样器(乙)则能够钻进月壤,通过打开齿状金属瓣抓取黏性样本。两个采样器各配有一台近摄像机。

  采样一开始进行得比较慢,后面工作人员用得顺手了,就加快了速度。整个过程原来预计要持续30多个小时,结果提早完成,用了不到20小时。第三次采样采多了,我们的采样器顺利凿去了多出的部分。

  我们一直在实验室里盯着温度、电流、形态等等装置内部的参数,以便发现问题时及时遥控补救。如果遇到什么问题,实验室里有一个模拟器可以让我们立即试验。很幸运,整个流程都很平稳,我们在设计时预测的环境更为极端。

  采样完成后,装置自动进行路径规划,返回到嫦娥五号着陆器的平台上,把样本倒进初级封装系统样本罐那里。

  容启亮:我们的采样器在月球上采样了12次,同时我们在地球上做试验,看样品罐是不是已经够满了,差不多满了就必须停了,不然盖子会合不上。月壤有时候会堆成一座小山的样子,要一直很小心地看着它,考虑照片拍摄时的光照环境,评估罐子到底有多满,在这个环境下关盖子是否安全。

  另外,我们的初级封装系统上有漏斗,用来保护罐子的边缘不会被样本污染,漏斗本身也能实现横向将多余样本刮走的功能。

  最后就是锁罐。样本罐一开始是锁在初级封装系统里的,初级封装系统自动把样本罐密封好的同时,要解除罐的锁定,让样品罐能被采样器夹住,拎起来抵达“嫦五”的顶部,也就是上升器的位置。我们的近摄像机有视像导航功能,能自动校正,准确地把样本罐摆进上升器返回舱的凹槽里。

  在地球上试过成百上千次,也不能确保到了月球上没问题。这些虽然都是小细节,我们还是很担心的,做不成难道派个人上去吗?(笑)

  我们一路看着机械臂下摇将样品罐取出,稳稳地放进上升器返回舱里,才松一口气,在office开香槟庆功。

  容启亮:2010年,我们和中国空间技术研究院合作,争取到这个项目。2011年开始做样机的研发。2012年,样机通过了测试。2017年,真正将投入使用的装置做好交付了。之后的三年里,我们又重新做了很多实验验证。

  表取采样执行装置在月球面向太阳的一面运作,而月面温度可高达摄氏110度。我们设计这套创新的系统时就必须考虑,它要能够在极高温下运作,经受太空穿梭期间及月面的极端环境,包括升空及着陆时的冲击和震荡、月球的真空环境、太阳风及宇宙射线,并确保在高速穿越地球大气层时,样本仍然保持稳定。

  通过全自动机械臂采集如此大量的月球样本是史无前例的。这个项目从前期研发、装置设计到仪器制造,都需要我们的团队在创新性、精确度和可靠性等方面达到极高水平。这次任务十分复杂,环环相扣,任何细节只要出现细微错误,便会令之前所付出的努力全都白费。我们十分感谢国家把这项关键装置的研发任务交给我们。很高兴我们不负期望。

  南都:此次嫦娥五号探月返回任务实现了我国首次地外天体的采样与封装,这一步有什么样的意义?

  容启亮:这次我们所取的月壤样本来自月球的风暴洋地区,与此前人类取到的样本完全不同,比那些样本“年轻”几十亿年,受太阳风、宇宙射线的侵蚀比较少,对于月球的研究是一个里程碑。

  我们国家以前对于月亮的了解比较少,这次实现月壤自动采样封装,对于我们将来在星空探测领域的研究和发展非常关键。

  容启亮:我们团队以前曾经与欧洲太空署、俄罗斯太空署合作。从嫦娥计划开始,我们国家也开始做星空探测。那时候我们香港理工大学的校长和国家航天局有较多联系,他们知道我们有这个能力。

  于是,我们团队与中国空间技术研究院的专家为嫦娥三号研发了“相机指向机构系统”,很成功,这个系统也应用到了2019年嫦娥四号的月背探测任务中。

  做航天研究,最要紧是在科研中得到知识,同时带动国家的发展。航天工程涉及很多领域,在每个领域都要做到极致。去那么远的地方,第一次就要成功,品质是很重要的,(航天事业的苛刻标准)是一个很大的拉动(力量)。

  我们理大在航天项目里所得到的知识和科技都有应用于产品的研发。例如,万博官网app登录app下载我们早些时候制作了微型注塑机,它的精准度可以达到微米级,那时候没有其它机器能做到。这些技术后来帮助我们开发了手术机器人,在我们最近研究的无人水管维修、测量中也有应用。其他航天技术转化为民用的例子有很多。

  这次嫦娥五号带着样本回到地球之后,我们会重新分析整个过程的数据,探讨是否有改进空间。我们有另外一套准备给嫦娥六号的仪器,进一步的时间表还在论证之中。

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