嫦娥五号“挖土”,“兰州制造”领命!

嫦娥五号“挖土”,“兰州制造”领命!

2020年12月03日 07:05:50
来源:凤凰网甘肃综合

继12月1日成功登陆月球后,2日4时53分,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。在此过程中由中国航天科技集团有限公司五院510所(以下简称510所)研制的月球样品密封封装子系统以及⽉尘带电测量仪已经完成或者正在“行使”着自己的使命。那么这两款关键载荷是如何运作的呢?记者日前采访了510所科研人员,一起来听听他们是怎么说的。

510所产品

确保月球样品安全封装返回

国家探月工程中心专家、嫦娥五号飞控专家组专家、510所探月工程技术总负责人王先容研究员告诉记者中国探月⼯程分为“绕、落、回”三步⾛,绕月和落月任务已圆满完成,本次发射的“嫦娥五号”探测器将实现月球取样并返回。与月面极高真空的环境相比较,地球表⾯包裹着大气层,大气环境中不仅有气体成分,还漂浮着各种固体颗粒,如果月球样品接触到大气中的这些物质,就会造成污染,导致月球样品科研价值大打折扣。如何将38万公里之外的月球土壤和岩⽯样品在无人条件下进行打包,并保证样品在返回地球的过程中不能有任何污染,这就要求⼀个专门的装置——月球样品密封封装子系统,它能够自动承接、封装月球样品并具有密封功能的装置。由510所研制的月球样品密封封装子系统安装在嫦娥五号探测器的最顶端,需要经历运载发射、地月转移、近月制动、环月⻜⾏、着陆下降、 月⾯⼯作、月⾯上升、交回对接、环月等待、月地转移、再⼊回收全任务流程,最终将采集到的月球样品送到科研⼈员⼿中。它主要由主体框架、密封器组件、盖体组件和开合机构组件组成,镂空的主体框架上分布着用于转移的棘齿和导向条,装置采用了钛合金和铝合金来保证结构强度和刚度,同时最⼤限度地减轻了重量。

嫦娥五号“挖土”,“兰州制造”领命!

王先容说,在月球表面工作段,月球样品密封封装子系统运行预先设定好的指令,内置电机驱动组件⼯作,首先解除盖体的锁定,之后盖体竖直抬升,紧接着盖体转动⼀定⻆度,将装置的容器口完全敞开,方便钻取及表取的月球样品的承接,待所有样品装⼊容器后,盖体原路返回,下降至盖体解锁状态下的⾼度, 最后,盖体上的火工锁紧组件⼯作,将盖体锁紧的同时进行高真空密封。那么月球样品密封封装子系统返回地⾯后,怎么将密封得如此严实的月球样品从装置中取出去呢?王先容告诉记者,“解铃还须系铃⼈”,510所研制的月球样品解封分装操作台可以胜任此项⼯作,在⾼纯氮⽓环境下对⽉球样品进⾏收集、登记、描述等处理,最⼤限度保证⽉球样品尽可能少受地球外部环境的影响,避免⽉球样品氧化和污染,满⾜深空探测任务中地外天体样品密容器解封、处理和保存等需求。让我们⼀起期待月球样品采样封装装置不辱使命,带回这原汁原味、纯天然、无污染的月球⼟壤吧。

月尘带电测量仪

揭开月球的“神秘面纱”

510所空间探测载荷工程中心主任王鷁告诉记者,和地球上的勃勃⽣机不同,除了偶尔造访的⼈类、不期⽽遇的微流星撞击以外,月球的表⾯看上去一片死寂——没有大气、没有雨雪风霜、更没有生命活动。⼀直以来,人们认为月球的夜空除了不眨眼的星星,将是漆⿊⼀⽚。直到上世纪六七十年代的阿波罗时期,人造飞行器环绕月球,⼈类踏足月球才发现,月球的地平线上,“漂浮”着⼀层“薄雾”,这层“薄雾”在阳光的照射下,发出白色的“辉光”。半个多世纪以来,关于“地平线辉光”,科学家们普遍认为, 是月球表面的极细的粉尘颗粒(⽉尘)在某些作⽤下,扬起和漂浮到空中后散射太阳光形成的。月尘来源于月壤中粒径小于20微米的颗粒,大部分属于PM2.5。这些月尘月表环境中易发生迁移运动,主要的因素有流星体溅射、人类活动、静电悬浮等。

嫦娥五号“挖土”,“兰州制造”领命!

⼀些科学家认为自然环境下,月尘悬浮迁移的主要原因是月尘带电和近月表静电场的存在——在太阳光照射、太阳风和宇宙线等复杂的作⽤下,带上了电荷,并在电场的作用下四散⻜扬,然⽽,这些作用具体是怎样发挥作⽤的,⼀直众说纷纭, 吸引着⼈类不懈的探索。这⼀次,嫦娥五号携带了由510所研制的月尘带电测量仪“奔向”⽉球,这台仪器将为我们揭开月尘⻜扬的秘密。

⽉尘带电测量仪由两套相同的测量探头组成,每套探头⼜分别由⼀组阻滞栅⽹和⼀台微质量天平组成。阻滞栅⽹像扇⻔,在⼀定时候,只有满⾜⼀定条件的“⽉尘”才可以通过,这个条件就和⽉尘的带电量有关。阻滞栅⽹由两⽚带孔的⾦属⽚组成,上下⽚可以分别设置不同的电压,这样它们之间就可以产⽣均匀的电场。⼀旦带电颗粒进⼊栅⽹内部,它就能受到电场⼒的作⽤, 如果电场力与重力方向相反,颗粒就可能被排斥出去,因而不能穿过栅⽹。栅网的下方是⼀个由粘性薄膜和⽯英晶⽚组成的微质量天平,它相当于月尘颗粒的“体重秤”。它利用石英晶体的 “逆压电效应”进⾏测量。当晶体电极表⾯附着⼀定质量后, 其振动频率会发生改变,通过测量频率的改变量就可以知道表面的质量了。这是目前最灵敏的“秤”,甚至可以测到纳克级的质量。当通过栅网的月尘颗粒被粘性膜“粘住”后,这些颗粒的质量就被称量出来了。于是,通过设置不同的“门槛”,不同带电量的月尘就被测量出来了。510所研制的月尘带电测量仪被安装在嫦娥五号着陆器的顶部,对月球白天扬起的带电月尘进⾏测量。“这是自美国阿波罗计划以来,⼈类第⼀次对⽉球表⾯的带电尘埃进⾏直接测量。”王鷁自豪的说。

兰州日报社全媒体记者 孙理

图片由510所提供(兰州日报官方公众号)

相关新闻

兰州晚报:510所月尘带电测量仪将探究月尘飞扬成因

月尘带电测量仪

月尘带电测量仪

月尘“喷泉”

月尘“喷泉”

与地球充满勃勃生机不同,除了偶尔造访的人类和不期而遇的微流星撞击外,月球的表面看上去一片死寂——没有大气、没有雨雪风霜、更没有生命活动。

一直以来,人们认为月球的夜空除了不眨眼的星星,都是漆黑一片。直到上世纪六七十年代的阿波罗探月时期,人造飞行器环绕月球,人类踏足月球后才发现,月球的地平线上似乎“漂浮”着一层“薄雾”,在阳光的照射下,发出白色的“辉光”。半个多世纪以来,科学家们普遍认为, “地平线辉光”,是月球表面极细的粉尘颗粒

(月尘)在某些作用下,扬起和漂浮到空中后散射太阳光形成的。

月尘来源于月壤中粒径小于20微米的颗粒,大部分属于PM2.5。这些月尘在月表环境中易发生迁移运动,主要的因素有流星体溅射、人类活动、静电悬浮等。

一些科学家认为,自然环境下,月尘悬浮迁移的主要原因是月尘在太阳光照射、太阳风和宇宙射线等复杂因素的作用下,带上了电荷,并在电场的作用下四散飞扬。

然而,这些具体是怎样发挥作用的,一直众说纷纭,吸引着人类不懈的探索。这一次,嫦娥五号身背510所研制的月尘带电测量仪奔向月球,将为我们揭开月尘飞扬的秘密。

“嫦娥五号搭载的510所月尘带电测量仪的使命,就是验证月尘是否带电并测量其特性。”510所空间环境载荷工程中心负责人王鹢介绍说,月尘带电测量仪被安装在嫦娥五号着陆器的顶部,这也是国际上首次对月球表面的尘埃带电进行直接测量,希望可以获得属于中国人的原创发现和原创成果。

据他介绍,月尘带电测量仪由两套相同的测量探头组成,每套探头又分别由一组阻滞栅网阻滞势分析仪和一台微质量天平(粘性石英晶体微量天平)组成。阻滞栅网像一扇门,在一定时候,只有满足一定条件的“月尘”才可以通过。这个条件就和月尘的带电量有关(荷质比)。阻滞栅网由两片带孔的金属片组成,上下片可以分别设置不同的电压,这样它们之间就可以产生不同强度的均匀电场。一旦带电月尘颗粒进入栅网内部,它就能受到电场力的作用,如果电场力与重力方向相反,颗粒就可能被排斥出去,因而不能穿过栅网。

栅网的下方是一个由粘性薄膜和石英晶片组成的微质量天平,它相当于月尘颗粒的“体重秤”。它利用石英晶体的“逆压电效应”进行测量。当晶体电极表面附着一定质量后,其振动频率会发生改变,通过测量频率的改变量就可以知道表面的质量了。这是目前最灵敏的“秤”,甚至可以测到纳克级的质量。当通过栅网的月尘颗粒被粘性膜“粘住”后,这些颗粒的质量就被称量出来了。于是,通过设置不同的“门槛”,不同带电量的月尘就被测量出来了。

兰州日报社全媒体记者 何燕 510所供图