◎ 胡俊 刘晓庆 刘璐 马聪 科技日报采访人员 付毅飞
据国家航天局消息 ， 嫦娥五号探测器经过约19小时月面工作 ， 于12月2日22时顺利完成月球表面自动采样 ， 并已按预定形式将样品封装保存在上升器携带的贮存装置中 。
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自动采样是此次任务的核心关键环节之一 。 嫦娥五号通过机械臂表取、钻具钻取 ， 通过深钻、浅钻、“铲土”“挖土”“夹土”等各种方式 ， 实现了多点、多样化自动采样 。 目前 ， 它已经把样品打包装好 ， 准备背着它们离开月球 。
这么复杂的工作 ， 它是怎么完成的？
嫦娥的“手臂”指哪挖哪
挖土无疑是件挥汗如雨的体力活 。 嫦娥五号“挖土”的画风又是如何？
在月面超过100摄氏度的高温考验下 ， 它克服了测控、光照、电源等方面的条件约束 ， 舒展长臂 ， 高高举起了“挖土铲”……
此处需注明的是 ， 嫦娥五号的挖土铲 ， 可跟咱们在生活中用到的不一样 。 这台设备一头是一个小铲子 ， 一头是浅表钻 ， 可以360度无死角可视化操作 ， 能轻松完成铲挖、浅钻、拾取这些动作 。
嫦娥五号的“手臂”纤细、白皙 ， 却结实有力 。 如果说人的手臂力量来自肱二头肌、肱挠肌、掌肌等 ， 这条集高颜值、高科技于一体的机械臂 ， 各个关节的力量来自于安装在关节处的的电机 。 这就是由中国航天科技集团四院401所研制的表采关节臂电机组件 。
关节臂电机有2种 ， 重的不到1斤 ， 轻的不到半斤 ， 个头不大、力气不小 ， 而且灵活机动 ， 精度可达1度以内 ， 能让嫦娥五号“指哪挖哪” 。 
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探测器在月球表面自动采样
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这些电机装在机械臂各个关节附近 ， 暴露于月表环境中 ， 意味着它们要耐受太阳直射下超过130摄氏度的高温 ， 以及比地球上大得多的辐射 ， 还要承担真空环境下难以散热而带来的性能衰减 。 好在 ， 研制团队已经解决了这些环境适应性问题 。
如果电机在工作中坏掉或没电了怎么办？为了保证任务完成 ， 研制团队在一个电机壳体中塞了2台电机 ， 提供双重保障 。 同时还增加了突然断电情况下对机械臂的位置保持功能 ， 防止机械臂因“没劲”而落在月面上“摔伤” ， 可以说是很贴心了 。
怎样将脚下的样品举到头顶？
针对钻取任务 ， 航天科技集团五院529厂为嫦娥五号提供了一套“金刚钻” 。
这套钻取子系统 ， 具备钻进能力强、排粉能力强、月壤适应性强三大“基本功” 。
嫦娥五号不能移动 ， 落到哪就得在哪钻 ， 这对钻取适应性提出很高要求 。 研制团队开展了上千次地面钻取试验 ， 积累形成了不同工况的钻取参数数据库；通过在轨预编程自主控制 ， 实现了钻取子系统“回转”“冲击”和“回转+冲击”三种模式 ， 以及不同参数的自由切换 ， 以适应多种月壤工况 。
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探测器拍摄的月面影像
为了让嫦娥五号拥有百里挑一的独创钻头 ， 科研团队选用了双排钻牙阶梯构型 ， 经过“千锤百炼” ， 保证钻进过程顺畅可控 ， 具备对8级硬度岩石的钻进能力 。 他们还为双排出刃设计了多个切削面 ， 使其能够拨动、突破临界颗粒与颗粒集群 ， 以便应对危险工况、处理大颗粒 。
同时 ， 科研团队对钻头采用渐阔的锥形排粉槽通道 ， 与钻杆排粉槽连接相通 ， 形成一体排粉通道 ， 并通过钻杆模型的匹配和参数优化 ， 使系统的排粉能力大幅提高 。
“取得着、封得住”是钻取子系统的核心技术之一 。 为保证取得的岩芯在提出过程中不会掉落 ， 系统采用开放式构型的“8字型”超弹性合金丝作为封口方案 ， 与取芯软袋末端进行一体化缝合 ， 依靠弹性收缩力来实现简单可靠的封口 。
嫦娥五号钻取的样品封入软袋后 ， 将被装进环形封装容器 ， 再运送到上升器顶端 。 月球表面坑洼不平 ， 如果嫦娥五号着陆时站得不正 ， 有可能影响到样品的传送 。
针对低重力下着陆姿态角度对样品传送的不利影响 ， 研制团队设计了具有碰撞自适应能力的传送方案 。 通过弹性驱动为月壤封装容器提供初始速度 ， 再借助重力 ， 将含有三级导向锥角的封装容器沿固定导向结构传送到上升器内 。 该方案不需要续送机构 ， 简单可靠 ， 可以在不同着陆姿态下 ， 实现封装容器精准传送 。
样品打包、拆封都是高科技
据国家航天局消息 ， 为确保月球样品在返回地球过程中 ， 保持真空密闭以及不受外界环境影响 ， 嫦娥五号在月面对样品进行了密封封装 。
【嫦娥|从挖土到运输，嫦娥五号的“黑科技”有多强？】采访人员从航天科技集团五院510所了解到 ， 相比月面极高真空环境 ， 地球大气中不仅有气体成分 ， 还漂浮着各种固体颗粒 ， 月球样品接触到这些物质就会被污染 ， 科研价值将大打折扣 。
为此该所给嫦娥五号研制了专用打包装置——密封封装子系统 。 它能自动承接、封装月球样品 ， 并妥善密封保存 。 
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该系统装在嫦娥五号最顶端 ， 由主体框架、密封容器组件、盖体组件和开合机构组件等组成 。 镂空的主体框架上分布着用于转移的棘齿和导向条 ， 钛合金和铝合金材料能保证其结构强度和刚度 ， 并最大限度减轻重量 。
在月面工作阶段 ， 该系统根据预先设定的指令开始工作 ， 先解除盖体锁定 ， 让盖体竖直抬升、转动一定角度 ， 将容器口完全敞开；待所有样品装入容器后 ， 盖体原路返回 ， 通过火工组件锁紧并进行高真空密封 。
等嫦娥五号返回地面后 ， 月球样品可不是轻易就能从密封装置中取出来的 ， 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 ， 最大限度保证样品少受地球外部环境影响 。
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