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研究所嫦娥五號(hào)“產(chǎn)品大家族”助推探月新征程
來(lái)源： 時(shí)間：2020-11-26 點(diǎn)擊數(shù)：
2020年11月24日凌晨4時(shí)30分12秒，嫦娥五號(hào)登月探測(cè)器發(fā)射升空，這是中國(guó)探月工程第三階段最為重要的一步，它將在月球表面開(kāi)展更深層次、更加全面的科學(xué)探測(cè)。嫦娥五號(hào)上搭載著以研究所獨(dú)立設(shè)計(jì)研制的核心裝置——月球樣品密封封裝子系統(tǒng)、月球樣品解封分裝操作臺(tái)為代表的“產(chǎn)品大家族”，還包括月塵帶電及著陸器無(wú)損探傷測(cè)量?jī)x及國(guó)際救援示位標(biāo)、貯箱、電源等產(chǎn)品。這些“家族成員”在嫦娥五號(hào)任務(wù)中各司其職，為探月新征程保駕護(hù)航。
研究所“嫦娥五號(hào)”研制團(tuán)隊(duì)部分研制人員
月球樣品密封封裝子系統(tǒng)
月球樣品密封封裝子系統(tǒng)作為嫦娥五號(hào)探測(cè)器的核心裝置之一，直接決定著本次探測(cè)任務(wù)的成敗。其功能是承接采集到的月壤和月巖并對(duì)樣品進(jìn)行自動(dòng)封裝，保證月球樣品在返回地面的過(guò)程中不受污染，維持樣品的原始狀態(tài)，充分保留其科研價(jià)值。我國(guó)的月球樣品采集和封裝完全是在無(wú)人條件下通過(guò)設(shè)備自主完成的，首先要實(shí)現(xiàn)月表環(huán)境下的蓋體自動(dòng)開(kāi)合，研制團(tuán)隊(duì)多年來(lái)將裝置在月面可能出現(xiàn)的所有工況都進(jìn)行了試驗(yàn)。同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)月面極高、低溫和月塵環(huán)境干擾下的高真空密封，最終確定了橡膠圈密封和金屬擠壓密封相結(jié)合的冗余密封技術(shù)，在反復(fù)試驗(yàn)中確立了最優(yōu)密封結(jié)構(gòu)，結(jié)合火工鎖緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了蓋體密封和鎖定，保證月球樣品的成分不發(fā)生物理與化學(xué)變化并維持月表原態(tài)。
月球樣品解封分裝操作臺(tái) 嫦娥五號(hào)月球樣品解封分裝操作臺(tái)是探月工程三期月球樣品地面應(yīng)用系統(tǒng)的核心裝置，能夠在真空環(huán)境下對(duì)返回地面后的月球采樣封裝裝置進(jìn)行解封及收集月球樣品釋放的稀有氣體，并在高純氮?dú)猸h(huán)境下對(duì)月球樣品進(jìn)行處理，最大限度避免月球樣品氧化和污染，滿足深空探測(cè)任務(wù)中地外天體樣品密封容器解封、處理和保存等需求。該產(chǎn)品創(chuàng)新性地提出了分艙段進(jìn)行月球樣品解封及處理方案，解決了樣品密封裝置解封時(shí)內(nèi)外壓差過(guò)大及真空環(huán)境下無(wú)法操作處理樣品的難題。設(shè)計(jì)了氣體采集裝置，解決了月球樣品釋放氣體采集的難題。設(shè)計(jì)了自動(dòng)解封機(jī)構(gòu)，通過(guò)一套機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多個(gè)動(dòng)作，具有自動(dòng)定位、自動(dòng)解封的創(chuàng)新功能。
月塵帶電測(cè)量?jī)x
月塵是月面環(huán)境中最重要的空間存在與環(huán)境因素，關(guān)系著航天探測(cè)科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)乃至整個(gè)探測(cè)任務(wù)的成敗，而月塵帶電被認(rèn)為是使其懸浮和輸運(yùn)的重要因素。在嫦娥五號(hào)項(xiàng)目中，研究所設(shè)計(jì)研制了安裝在嫦娥五號(hào)著陸器頂部測(cè)量懸浮月塵帶電的科學(xué)載荷裝置。月塵帶電測(cè)量?jī)x由兩套相同的測(cè)量探頭組成，能夠?qū)υ虑虮砻嬗勺匀画h(huán)境影響引起的月塵帶電特性進(jìn)行測(cè)量。月塵帶電測(cè)量探頭獲取的月塵相關(guān)特性數(shù)據(jù)可為后續(xù)載人登月的月塵防護(hù)和清除提供設(shè)計(jì)依據(jù)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
著陸器無(wú)損探傷測(cè)量?jī)x
嫦娥五號(hào)著陸器無(wú)損探傷測(cè)量?jī)x是在著陸器著陸時(shí)，用來(lái)檢測(cè)與力學(xué)支撐結(jié)構(gòu)連接處受沖擊產(chǎn)生的損傷狀況的儀器設(shè)備。研究所嫦娥五號(hào)著陸器無(wú)損探傷測(cè)量?jī)x采用的是脈沖電渦流無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，探頭的工作實(shí)際上分為在軌測(cè)量和地面數(shù)據(jù)處理應(yīng)用兩個(gè)階段，獲得著陸器支撐結(jié)構(gòu)連接部位受沖擊損傷狀況，為地面環(huán)模試驗(yàn)提供驗(yàn)證，并為后續(xù)深空探測(cè)著陸設(shè)計(jì)改進(jìn)提供技術(shù)支持。此外，研究所著陸器無(wú)損探傷測(cè)量?jī)x還采用了先進(jìn)的某無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)屬首次。
著陸緩沖機(jī)構(gòu)信號(hào)裝置 研究所研制的著陸緩沖機(jī)構(gòu)信號(hào)裝置工作于著陸探測(cè)器的動(dòng)力下降階段。該設(shè)備個(gè)頭不大但作用重要，控制著探測(cè)器的著陸。這套信號(hào)裝置由展開(kāi)到位開(kāi)關(guān)組件和落月信號(hào)裝置組成，分別位于著陸緩沖機(jī)構(gòu)的多功能支柱腿和足墊內(nèi)。當(dāng)著陸探測(cè)器到達(dá)月球表面預(yù)定高度時(shí)，展開(kāi)到位開(kāi)關(guān)組件被觸發(fā)產(chǎn)生了信號(hào)，探測(cè)器明確自身的展開(kāi)狀態(tài)，準(zhǔn)備在月面著陸。落月信號(hào)裝置是在著陸足墊接觸月面時(shí)，受月面反作用力觸發(fā)開(kāi)關(guān)，關(guān)閉反推發(fā)動(dòng)機(jī)，從而保證安全平穩(wěn)落下。
鉆取樣品截取和剪切裝置 返回地面的月球樣品有兩種，一種為表取月球樣品，另一種為鉆取月球樣品。鉆取樣品截取和剪切裝置主要功能是在不破壞鉆取月球樣品層理狀態(tài)的條件下對(duì)鉆取月球樣品進(jìn)行截?cái)啵?duì)截?cái)嗝孢M(jìn)行密封，便于鉆取月球樣品的描述、處理、分析和分發(fā)等。
噴氣組件 噴氣轉(zhuǎn)移裝置作為密封封裝裝置的備份轉(zhuǎn)移手段，在主份樣品轉(zhuǎn)移方案失效的情況下，將上升器儲(chǔ)氣瓶中的剩余氣體通過(guò)噴氣組件的三個(gè)噴管噴出，產(chǎn)生的超音速氣體射流撞擊在密封封裝裝置的底板，在高真空環(huán)境下產(chǎn)生一定的推力，進(jìn)而將密封封裝裝置從上升器的初始位置推送一段距離到返回器的樣品容器艙內(nèi)，完成密封封裝裝置的轉(zhuǎn)移。
采樣視覺(jué)標(biāo)識(shí) 采樣視覺(jué)標(biāo)識(shí)是嫦娥五號(hào)密封子系統(tǒng)的重要單機(jī)之一，用于配合相應(yīng)相機(jī)完成關(guān)鍵動(dòng)作處的位姿測(cè)量。采樣視覺(jué)標(biāo)識(shí)采用激光刻蝕陽(yáng)極氧化后的鋁合金板的辦法，具有良好的空間環(huán)境適應(yīng)性，在空間輻照和真空環(huán)境下不褪色、不分解，能夠適應(yīng)極端高低溫環(huán)境，對(duì)月球的表面環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
國(guó)際救援示位標(biāo)
國(guó)際救援示位標(biāo)在返回器落地后會(huì)發(fā)射無(wú)線電信標(biāo)信號(hào)，從而確保搜救人員能夠快速找到返回器。應(yīng)用于嫦娥五號(hào)的新型國(guó)際救援示位標(biāo)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到功能性能指標(biāo)，都實(shí)現(xiàn)了重大進(jìn)步。在產(chǎn)品重量和體積減小約30%的情況下，產(chǎn)品的抗力學(xué)沖擊能力大幅提升至以前的3倍。該產(chǎn)品還使目標(biāo)的多普勒頻移定位精度大幅提高，同時(shí)對(duì)部分單元電路采用脈沖饋電技術(shù)，減少了星上能源的消耗。
潤(rùn)滑活動(dòng)件 在嫦娥五號(hào)研制任務(wù)中，研究所承擔(dān)了鉆取采樣裝置、表取采樣機(jī)械臂，艙蓋機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)組件、樣品艙艙蓋機(jī)構(gòu)和太陽(yáng)翼驅(qū)動(dòng)組件等活動(dòng)件研制及試驗(yàn)任務(wù)。其中，鉆取采樣和表取采樣裝置潤(rùn)滑件中包含了軸承、齒輪、絲杠等典型活動(dòng)零部件及多種滑動(dòng)潤(rùn)滑副，其主要特點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)，潤(rùn)滑副間應(yīng)力大，使用溫度范圍寬。
水升華器貯箱
水升華器系統(tǒng)是探月三期熱控分系統(tǒng)采用的全新技術(shù)，其中研究所設(shè)計(jì)研制的水升華器貯箱是水升華器系統(tǒng)的重要部件之一，主要用來(lái)存儲(chǔ)和為水升華器系統(tǒng)提供脫氣去離子水,是國(guó)內(nèi)首次研發(fā)成功并應(yīng)用于深空探測(cè)的氣液一體落壓式排放隔膜貯箱。其中首次提出了分艙落壓排放式貯箱方案，達(dá)到了超薄壁輕量化設(shè)計(jì)目標(biāo)；采用了一種新型密封方式，有效避免了共體貯箱氣液滲透；采用了超薄超軟多棱式隔膜設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了水升華器多維加速飛行時(shí)貯箱在超低壓加速環(huán)境的高效排放；采用了特殊的橡膠半膜材料，提升了經(jīng)受液體長(zhǎng)期浸泡的長(zhǎng)壽命能力；突破了0.4mm壁厚超薄壁殼體加工技術(shù)，使得重量最大程度地輕量化。
電源產(chǎn)品 研究所為嫦娥五號(hào)衛(wèi)星探測(cè)器著陸器和上升器功率調(diào)節(jié)和配電單元提供了3種類型/12個(gè)模塊的模塊正樣產(chǎn)品，分別為著陸器和上升器供電。這些電源產(chǎn)品將一次電源電壓變換成及配電控制單元設(shè)備所需的各路電壓/功率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)一次母線的過(guò)流保護(hù)，以及各設(shè)備與一次母線之間的故障隔離。產(chǎn)品雖小，卻很重要，其是否安全工作，關(guān)系著整器的供電安全和任務(wù)成功。
嫦娥五號(hào)的使命是實(shí)現(xiàn)月球區(qū)域軟著陸及月面采樣返回，是中國(guó)首個(gè)實(shí)施無(wú)人狀態(tài)下月面采樣返回的航天器，是探月工程中最關(guān)鍵的探測(cè)器，也是中國(guó)探月工程第三階段的收官之戰(zhàn)。研究所以多樣產(chǎn)品組成“探月家族”向月球進(jìn)發(fā)，用拼搏進(jìn)取的創(chuàng)新精神助力中國(guó)探月工程，為建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)再譜新篇！ |
