哈爾濱工業(yè)大學(xué)：多項技術(shù)支撐我國首次月球采樣返回任務(wù)

中國教育報—中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 曹曦 通訊員 馬曉雪）12月17日1時59分，嫦娥五號返回器安全著陸，帶回月球風(fēng)暴洋區(qū)域的鉆取和表取樣品，成功完成我國首次地外天體采樣返回任務(wù)，使我國成為世界上第二個在月球進(jìn)行無人自主采樣返回的國家。月面采樣是嫦娥五號工程的四大核心技術(shù)之一，哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄧宗全院士、黃玉東教授、趙陽教授、張學(xué)習(xí)教授等科研團隊歷經(jīng)十余年刻苦攻關(guān)，多項技術(shù)成果鼎力支撐此次月面采樣任務(wù)。

嫦娥五號工程立項論證始于2009年，鄧宗全院士主持了月面采樣與封裝專項論證，確立了月面鉆-表復(fù)合式釆樣與封裝方案，通過一次任務(wù)可同時獲得表層和次表層樣品，這在國際上尚屬首例。

2011年至2013年，由鄧宗全團隊牽頭，與航天五院總體部、北京衛(wèi)星制造廠等單位合作，完成了“采樣封裝分系統(tǒng)設(shè)計集成與驗證技術(shù)”“鉆取采樣機構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)與原理樣機”兩個重大專項的攻關(guān)任務(wù)，解決了鉆-表復(fù)合式月面采樣與封裝技術(shù)難題，確定了機械臂多次采集、中間站集中存儲、一次轉(zhuǎn)入封裝容器的作業(yè)流程，攻克了以“雙管單袋”為基本特征的月面鉆取采樣關(guān)鍵技術(shù)，研制了工程樣機并開展了全流程試驗驗證，形成了嫦娥五號獨具特色的月面采樣作業(yè)技術(shù)體系。

2012年至2020年，鄧宗全團隊與工程承研單位——北京衛(wèi)星制造廠組建了嫦娥五號月面鉆取子系統(tǒng)產(chǎn)品研制聯(lián)合團隊，成功研制出鉆取采樣子系統(tǒng)飛行產(chǎn)品。2020年12月2日，采用預(yù)編程自主作業(yè)與月-地遙控相結(jié)合的操作方式，在采樣點月壤顆粒狀態(tài)非確知的極端工況下，圓滿完成了鉆進(jìn)取芯、提芯封口、纏繞整形、樣品傳送和避讓展開等關(guān)鍵作業(yè)任務(wù)。

黃玉東團隊完成了取芯軟袋型號產(chǎn)品研制任務(wù)。針對鉆取剖面層序樣品的原位封裝與整形難題，創(chuàng)新設(shè)計了高分子纖維“繩-袋復(fù)合”一體化結(jié)構(gòu)，形成了取芯軟袋產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化織造工藝，突破了取芯軟袋組件形-性定量可控、繩-袋過渡段應(yīng)力均化等核心技術(shù)。研制的取芯軟袋產(chǎn)品具有耐高溫、易翻折、質(zhì)地柔軟、結(jié)構(gòu)致密等優(yōu)勢，經(jīng)受住了月面釆樣的嚴(yán)酷工況考驗，滿足了原位取芯、樣品封口和纏繞整形等功能需求，圓滿完成了月壤剖面層序樣品的封裝任務(wù)。

趙陽團隊針對鉆取子系統(tǒng)作業(yè)效能驗證和機構(gòu)動力學(xué)優(yōu)化等技術(shù)難題，研制了鉆取子系統(tǒng)地面驗證支持平臺，構(gòu)建了面向任務(wù)決策的快速分析應(yīng)用數(shù)據(jù)產(chǎn)品，對機構(gòu)動力學(xué)分析、鉆取策略優(yōu)化、故障模式預(yù)案設(shè)置等工作提供了多維度的數(shù)據(jù)應(yīng)用支撐，實現(xiàn)了對鉆取采樣過程的全方位在線監(jiān)視和專家決策支持，保障了嫦娥五號鉆取采樣全流程地面演練及在軌作業(yè)狀態(tài)判讀。

張學(xué)習(xí)團隊針對月表高溫作業(yè)機械臂輕質(zhì)、高剛度、高強度、耐熱材料的苛刻要求，解決了晶須增強鋁基復(fù)合材料的適應(yīng)性設(shè)計與制備、薄壁管材和復(fù)雜鍛件熱成形與控性、產(chǎn)品強韌化與尺寸穩(wěn)定化處理等關(guān)鍵技術(shù)，研制了高性能機械臂結(jié)構(gòu)件，完成了彎扭聯(lián)合加載裝置研制及機械臂剛度與強度考核，為機械臂多點、多次采樣及樣品精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移提供了技術(shù)支撐，在月面釆樣作業(yè)中表現(xiàn)出優(yōu)良性能。

嫦娥五號月面采樣任務(wù)的圓滿成功，是在國家探月與航天工程中心的領(lǐng)導(dǎo)下，哈爾濱工業(yè)大學(xué)與航天工業(yè)部門協(xié)同攻關(guān)的重大成果，開創(chuàng)了國家重大科技工程從預(yù)先研究、工程立項、技術(shù)攻關(guān)到工程實施全過程的一體化創(chuàng)新合作典范。