再向月球行！510所嫦娥五号“产品大家族”助推探月新征程

2020-11-25 00:48

新甘肃·甘肃日报记者李满福通讯员潘颖
2020年11月24日凌晨4时30分12秒，嫦娥五号登月探测器发射升空，这是中国探月工程第三阶段最为重要的一步，它将在探月工程前两个阶段基础上，继续在月球表面开展更深层次、更全面的科学探测。

510所嫦娥五号研制团队部分研制人员。
在嫦娥五号上，搭载着510所的“产品大家族”。尤其是该所独立设计研制的嫦娥五号月球样品密封封装子系统、月球样品解封分装操作台两个核心装置，以及月尘带电及着陆器无损探伤测量仪等产品，彰显了其在技术上的创新和先进性。此外，倾注了510所参研人员心智的国际救援示位标、贮箱、电源等20多个“家族成员”，在此次嫦娥五号任务中也各司其职，为探月新征程保驾护航。
　　月球样品密封封装子系统
作为嫦娥五号探测器的核心装置之一，月球样品密封封装子系统，其功能是承接采集到的月壤和月岩并对样品进行自动封装，保证月球样品在返回地面的过程中不受污染，维持样品的原始状态。

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月球样品密封封装子系统。
目前，国外只有美国和前苏联实现了月球样品的采样返回，美国是载人条件下进行的，而我国的月球样品采集和封装是在无人条件下通过设备自主完成的，难度更大，需要攻克的关键技术更多。为保证机构的可靠性，研制团队在多年研制过程中反复进行各种工况下的试验、设计更改、再试验，最终确立了最优方案，保证了月球样品的成分不发生物理与化学变化并维持月表原态。
510所依托深厚的科学研究与工程研制基础，在国内首次研制了基于金属挤压密封原理的月球样品密封装置。产品突破了“极高真空样品密封技术”、“月表真空、带电月尘、高低温综合环境地面验证”等关键核心技术，使得装置性能指标达到国际先进水平。
　　月球样品解封分装操作台
嫦娥五号月球样品解封分装操作台，是探月工程三期月球样品地面应用系统的核心装置之一，能够在真空环境下对返回地面后的月球采样封装装置进行解封及收集月球样品释放的稀有气体，并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，满足深空探测任务中地外天体样品密封容器解封、处理和保存等需求。
该产品创新性地提出了分舱段进行月球样品解封及处理的方案，解决了样品密封装置解封时内外压差过大及真空环境下无法操作处理样品的难题，实现了真空环境下月球样品密封封装装置的解封及高纯氮气环境下月球样品的操作和处理。针对微量月球样品释放稀有气体难以采集的技术难点，设计了气体采集装置，实现了月球样品释放稀有气体采集及成分分析，解决了月球样品释放气体采集的难题。
　　月尘带电测量仪
距离地球38万公里的月球上存在着尘土，叫做月尘，这些尘土可能在微流星和人类活动的情况下被激起而四散飞扬。510所为嫦娥三号研制的月尘测量仪采用了高灵敏和大量程传感器组合式的探测方法，可以测量着陆过程和自然状态下月尘累积质量。而在此次嫦娥五号项目中，为进一步了解月尘特性，设计研制了测量悬浮月尘带电的科学载荷装置。
510所月尘带电测量仪被安装在嫦娥五号着陆器的顶部，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。

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月尘带电测量仪研制现场。
月尘带电测量仪由两套相同的测量探头组成，月尘带电测量探头是嫦娥五号着陆器工程参数测量分系统的一部分，它能够对月球表面由自然环境影响引起的月尘带电特性进行测量。每套探头又分别由一组阻滞栅网和一台微质量天平组成。阻滞栅网像扇门，只有满足一定条件的“月尘”才可以通过。栅网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”，这是目前最灵敏的“秤”，甚至可以测到纳克级的质量。当不同带电量的月尘颗粒通过设置不同的栅网被粘性膜“粘住”后，这些颗粒的质量就被称量出来了。
　　无损探伤测量仪
嫦娥五号着陆器无损探伤测量仪是在着陆器着陆时，用来检测与力学支撑结构连接处受冲击产生的损伤状况的仪器设备。该设备可以为地面环境试验提供在轨数据，并为后续月球登陆提供设计优化支持。
目前国际上公认的适合空间应用的无损检测方法主要包括电涡流无损检测方法、电磁超声无损检测方法和目视法三种方法，其中电涡流无损检测技术发展最为成熟。

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着陆器无损探伤测量仪。
510所嫦娥五号着陆器无损探伤测量仪采用的是脉冲电涡流无损检测技术，根据任务目标，探头的工作实际上分为在轨测量和地面数据处理应用两个阶段。在轨测量主要是着陆过程中着陆器受着陆冲击损伤状况的测量。地面数据处理主要是对在轨测量数据进行反演，利用地面标定实验结果对测量数据进行定量或定性分析，获得着陆器支撑结构连接部位受冲击损伤状况，为地面环模试验提供验证，并为后续深空探测着陆设计改进提供技术支持。
此次无损探伤测量仪还采用了先进的TMR无损检测技术，该项技术是国际无损检测技术的重要发展方向。由于我国对高性能TMR传感器的研究起步晚，尤其是空间应用尚未开展，为此，510所研制了基于TMR的弱磁场传感器，满足无损检测之用。其中，采用TMR进行无损检测中线圈与TMR的集成技术、TMR无损检测仪的标定技术等在国内均属首次。因此，研制具有空间环境适应能力的高性能TMR传感器技术，是无损检测技术中的关键技术之一，也是本项目的创新点。
嫦娥五号的使命，是实现月球区域软着陆及月面采样返回，是中国首个实施无人状态下月面采样返回的航天器，是探月工程中最关键的探测器，也是中国探月工程第三阶段的收官之战。在此次任务中，510所发挥自身技术优势，通过多年创新攻关，以多样产品组成“探月家族”向月球进发，用拼搏进取的创新精神助力中国探月工程。

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