最近好消息再次轟動(dòng)！

北京時(shí)間12月1日23時(shí)11分，嫦娥五號(hào)在經(jīng)歷了為期一周的地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行之旅后，探測(cè)器成功著陸在月球正面西經(jīng)51.8度、北緯43.1度附近的預(yù)選著陸區(qū)，并傳回著陸影像圖。

12月2日4時(shí)53分，探月工程嫦娥五號(hào)著陸器和上升器組合體完成了月球鉆取采樣及封裝。

去月球上“抓把土”有多難？

看似簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的采樣挖土，卻蘊(yùn)含高科技！

月球表面自動(dòng)采樣封裝，是嫦娥五號(hào)任務(wù)中最引人注目的一個(gè)環(huán)節(jié)。在這個(gè)階段，嫦娥五號(hào)將在月面選定區(qū)域著陸，并“使出渾身解數(shù)”采集月壤，實(shí)現(xiàn)我國首次月面自動(dòng)采樣。

當(dāng)著陸上升組合體軟著陸在月球表面，嫦娥“五姑娘”就開始了為期2天的月面工作。采用表鉆結(jié)合，多點(diǎn)采樣的方式，設(shè)計(jì)了鉆具鉆取和機(jī)械臂表取兩種“挖土”模式。

嫦娥“五姑娘”隨身攜帶的鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級(jí)封裝裝置和密封封裝裝置等“神器”，將采取深鉆、淺鉆，以及“鏟土”“挖土”“夾土”等方式，采集約2公斤月壤，并進(jìn)行密封封裝。

“表取”，顧名思義就是從月球表面通過機(jī)械臂和機(jī)械爪的配合，抓取一部分月壤。而“鉆取”則是要通過特殊的鉆頭，鉆到月表以下兩米左右的位置，把月壤整體取出來。這樣能夠更加原汁原味地保留月表以下兩米的月壤構(gòu)造情況，讓科學(xué)家們能夠更加清楚地了解到月壤的構(gòu)造和分布以及每一層的特征。

這之后，“五姑娘”再經(jīng)月面起飛、月球軌道交會(huì)對(duì)接、月地轉(zhuǎn)移和再入回收等過程，將月球樣品安全送至地球家園。

“嫦娥抓土”前準(zhǔn)備什么？

任務(wù)1：模擬月壤

月面采樣能否成功的關(guān)鍵因素之一，是要了解月壤的性質(zhì)，研制出與實(shí)際月壤相似的模擬月壤。

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）行星科學(xué)研究所肖龍教授是嫦娥五號(hào)鉆取子系統(tǒng)飛控專家組成員，參與了嫦娥五號(hào)取土作業(yè)的兩項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)——模擬月壤和采樣點(diǎn)地質(zhì)地貌地圖繪制。

在肖龍教授的實(shí)驗(yàn)室兼辦公室，桌面上放置最多的就是各種類型的模擬月壤，記錄了這一團(tuán)隊(duì)10年的奮斗歷程。“現(xiàn)在擺在這里的已經(jīng)很少了，最多時(shí)房間里根本擺不下，都移放到車庫里了，同樣也是塞得滿滿的?！毙堈f，試驗(yàn)需要用到大量的巖石、土壤等原材料，實(shí)驗(yàn)室放不下，他把自家的車庫改為了臨時(shí)倉庫。

任務(wù)2：為“嫦娥”指路

嫦娥五號(hào)降落月表需要一份地圖，廓清著陸點(diǎn)的地質(zhì)地貌，涵蓋落點(diǎn)附近的地質(zhì)構(gòu)造。

如同打仗需要戰(zhàn)場(chǎng)地形圖一樣，嫦娥五號(hào)降落月表同樣需要一份地圖。

12月1日23時(shí)11分，嫦娥五號(hào)探測(cè)器成功著陸在月球正面西經(jīng)51.8度、北緯43.1度附近的預(yù)選著陸區(qū)，位于月球正面風(fēng)暴洋的呂姆克山脈以北地區(qū)。

“著陸點(diǎn)的選址最主要考慮兩點(diǎn)，一是工程的安全性，二是要有重要的科學(xué)價(jià)值?！毙埻嘎?，此處采樣點(diǎn)其他國家的探測(cè)器從未到訪過。

經(jīng)過10年努力，肖龍教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)順利完成并提交了這份復(fù)雜的地圖——《嫦娥五號(hào)預(yù)選著陸區(qū)1:25萬地質(zhì)圖》。嫦娥五號(hào)預(yù)選著陸區(qū)地質(zhì)填圖成果可以為探月工程提供基礎(chǔ)地質(zhì)支撐。通過對(duì)月海玄武巖物質(zhì)成分、玄武巖噴發(fā)歷史和撞擊坑等著陸區(qū)域?qū)ｎ}研究，確定了地層切割關(guān)系、成分和礦物組成，厘清了該區(qū)域的地質(zhì)演化歷史。

“嫦娥”五號(hào)用什么工具挖土？

在月面上采集樣品時(shí)，著陸器上的采樣裝置要在月球低重力環(huán)境下具備研磨、鉆孔、抓取月壤和輸送月壤、巖石的能力。在月面取樣完成后要封裝，要求不能有任何污染。盡管地球上的機(jī)械手，能在模擬月球重力環(huán)境的試驗(yàn)條件下做得很好，但真實(shí)的月球重力環(huán)境與模擬環(huán)境也存在誤差。機(jī)械手在地球上做出的精確動(dòng)作，在月球上能否重復(fù)完成，這是關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。

為“嫦娥”配上金剛鉆

金剛石是自然界中硬度最大的物質(zhì)。金剛石鉆進(jìn)是目前鉆探工藝中比較先進(jìn)的鉆進(jìn)方法。

金剛石是由原子組成分子再由分子組成的，而是由碳原子，整齊交錯(cuò)的用一種每一個(gè)碳原子都和周圍其它四個(gè)碳原子直接結(jié)合組成的四面三角體的形式排列成緊密的立體結(jié)構(gòu)，成為一個(gè)牢固的結(jié)晶體，這樣一種致密的「三維」結(jié)構(gòu)，所以金剛石堅(jiān)硬無比，名副其實(shí)硬度之王！

在月球上，沒有空氣、沒有水，取月壤的鉆頭要鉆進(jìn)月表2米深處，那么采用何種鉆探方法？高速旋轉(zhuǎn)下鉆頭該如何散熱？

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）段隆臣教授團(tuán)隊(duì)和李大佛教授團(tuán)隊(duì)參加了部分鉆探方案設(shè)計(jì)和鉆探模擬試驗(yàn)等工作。

段隆臣教授透露，在鉆頭的選取上，李大佛教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了很多有益嘗試，但李教授沒有等到嫦娥五號(hào)升空的這一天就去世了。

“鉆頭鉆進(jìn)后，月壤的一部分會(huì)由鉆頭的螺旋葉片帶出月表，另一部分月壤通過空芯鉆桿帶回地球?！倍温〕紙F(tuán)隊(duì)成員高輝副教授介紹，嫦娥的取土作業(yè)采用表取和鉆取兩種方式進(jìn)行。

按照計(jì)劃，表取1.5千克，鉆取0.5千克。表取由機(jī)械臂采用挖、夾、鏟等動(dòng)作完成。表取的機(jī)械臂相當(dāng)于機(jī)械手，異常靈活，配合計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自由抓取。若遇到大型巖石或者硬度較高的月表，力量超過機(jī)器人設(shè)計(jì)限度，鉆取無法進(jìn)行，這時(shí)候?qū)⒏嘁蕾囉诒砣　?/p>

超硬材料助力圓中國夢(mèng)！

抬頭望月，確有“嫦娥玉兔”。嫦娥五號(hào)翩然落月，是中華民族的又一次“圓夢(mèng)之旅”。“天高地迥，覺宇宙之無窮”，千百年來，從嫦娥奔月到萬戶飛天，探索浩瀚宇宙、發(fā)展航天事業(yè)，已成為億萬中華兒女不懈追求的偉大夢(mèng)想。落月牽動(dòng)著國人的心，“嫦娥”落月 夢(mèng)想更近，震撼科技的進(jìn)步，感謝各位專家前輩們的辛苦鉆研與付出！

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