“原汁原味”的月背土 挖回来得靠真功夫

6月4日清晨，人类航天器采撷的第一批月背样品乘嫦娥六号上升器从月面启程。要顺利取得宝贵的月壤，离不开一系列关键核心技术的支撑。中国航天科技集团有限公司五院精心设计了钻采和表采结合的“挖土”模式，并且为嫦娥六号探测器装备了钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等“挖土神器”，让高难度的月背“挖土”更稳妥顺畅。

瞄准月背新地标

采样设计验证功不可没

嫦娥六号探测器着陆区位于月球背面的南极-艾特肯盆地区域内，这片区域是月球最古老、最大的陨石撞击坑，具有极高的科学价值，因此在这里开展世界首次月背采样任务备受国内外关注。尽管嫦娥六号月球样品采样封装技术继承了嫦娥五号的“钻表功能独立、月面真空密封”方案，但是月背更加复杂的环境，仍然给这次月背采样任务带来了前所未有的挑战。

为确保首次月背采样任务圆满完成，航天科技集团五院研制团队针对嫦娥六号任务特点，充分评估探测器自身及相关约束条件，对任务过程进行联合设计分析，确定了相应的工作形式和飞控模式，同时开展了采样过程自主序列化设计。

除此之外，研制团队还在任务实施前开展了大量试验验证，考核了嫦娥六号月面采样封装优化设计的正确性，验证了采样封装对月背环境的适应性，支撑完善了月背采样封装工作程序，演练了采样封装在轨故障处理预案，确保采样封装产品设计和操作流程可适应月背采样任务要求。

月背“挖土”不简单

“地月协作”取月壤

月背上“挖土”可是个精细活，如何用最“省力”的方法采集最多的月壤，嫦娥六号探测器采用了两种办法。一是表取采样，就是用一个机械臂携带采样装置采集月球表面的土壤；二是钻取采样，就是用一根钻杆钻入月球表层预定深度，把较深层土壤采集出来，采样难度和不确定性更大。

其中，“钻得动”是研制团队最为关注的环节之一，并为此开展了大量地面试验与仿真分析。针对月背中继通信可能无法有效配合钻采作业这一极端工况，研制团队设计了应急程序，做好充分准备，能够通过“人机协作”方式，辅助嫦娥六号及时研判控制钻取风险，现场决策后续动作。

结合月壤特性，研制团队设计了“百里挑一”的独创钻头，通过对比多种设计方案，最终确定了取芯机构方案以及相应构型，使其具备高硬度岩石的钻进能力。同时，研制团队针对不同颗粒度月壤切削、拨、挤、排能力，让钻头形成多个切削面，在实现高效取芯的同时，具有良好的层序保持特性。

月壤封装细致入微

高效打包确保“原汁原味”

月球表面为高真空、高低温、月尘综合环境，要将38万公里之外的月球样品在无人条件下进行打包封装，历经空间飞行，再入返回过程中经过力、热等复杂环境后不被地面环境污染，维持月球样品原态，这就需要研制一套专门的装置，能够在月表自动承接、密封样品，最终保证样品完好无缺地送回地球。面对自主采样返回的艰巨任务，研制团队接连突破了多项关键核心技术，确保嫦娥六号完成自动密封任务。

为保证取得的样品在提芯的过程中不发生掉落，研制团队经过多方案的筛选验证，设计采用了特定的封口方案，封口器采用扭转密闭式结构，并进行大应变材料设计，具有低力载、高可靠的特点，且长时间处于大变形承载状态下不发生应力松弛现象，实现了简单可靠的封口。针对采集的月壤样品具有可变形特征，嫦娥六号探测器还专门设计了特殊的提芯拉绳，确保取芯软袋具有确定的几何形状，方便样品传送和转移。

为将月壤封装容器与整形机构分离并传送至上升器内，研制团队设计了专门的分离和传送方案，不仅结构简单、操作易控、能耗低，还可实现不同着陆姿态下封装容器的精准传送。

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