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哈尔滨工业大学科研团队鼎力支撑我国首次月球采样返回任务
2020-12-17 09:59
哈尔滨工业大学
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  12月17日1时59分,嫦娥五号返回器安全着陆,带回月球风暴洋区域的钻取和表取样品,成功完成我国首次地外天体采样返回任务,使我国成为世界上第二个月球无人自主采样返回的国家。月面采样是嫦娥五号工程的四大核心技术之一,哈尔滨工业大学邓宗全院士、黄玉东教授、赵阳教授、张学习教授等科研团队十余年刻苦攻关,多项技术成果鼎力支撑此次月面采样任务。

  嫦娥五号工程立项论证始于2009年,邓宗全教授主持了月面采样与封装专项论证,确立了月面钻-表复合式釆样与封装方案,通过一次任务可同时获得表层和次表层样品,这在国际上尚属首例。2011年至2013年,由邓宗全团队牵头,与航天五院总体部、北京卫星制造厂等单位合作,完成了“采样封装分系统设计集成与验证技术”“钻取采样机构关键技术与原理样机”两个重大专项的攻关任务,解决了钻-表复合式月面采样与封装技术难题,确定了机械臂多次采集、中间站集中存储、一次转入封装容器的作业流程,攻克了以“双管单袋”为基本特征的月面钻取采样关键技术,研制了工程样机并开展了全流程试验验证,形成了嫦娥五号独具特色的月面采样作业技术体系。2012年至2020年,邓宗全团队与工程承研单位——北京卫星制造厂组建了嫦娥五号月面钻取子系统产品研制联合团队,成功研制出钻取采样子系统飞行产品。2020年12月2日,采用预编程自主作业与月-地遥控相结合的操作方式,在采样点月壤颗粒状态非确知的极端工况下,圆满完成了钻进取芯、提芯封口、缠绕整形、样品传送和避让展开等关键作业任务。

  黄玉东团队完成了取芯软袋型号产品研制任务。针对钻取剖面层序样品的原位封装与整形难题,创新设计了高分子纤维“绳-袋复合”一体化结构,形成了取芯软袋产品的标准化织造工艺,突破了取芯软袋组件形-性定量可控、绳-袋过渡段应力均化等核心技术。研制的取芯软袋产品具有耐高温、易翻折、质地柔软、结构致密等优势,经受住了月面釆样的严酷工况考验,满足了原位取芯、样品封口和缠绕整形等功能需求,圆满完成了月壤剖面层序样品的封装任务。

  赵阳团队针对钻取子系统作业效能验证和机构动力学优化等技术难题,研制了钻取子系统地面验证支持平台,构建了面向任务决策的快速分析应用数据产品,对机构动力学分析、钻取策略优化、故障模式预案设置等工作提供了多维度的数据应用支撑,实现了对钻取采样过程的全方位在线监视和专家决策支持,保障了嫦娥五号钻取采样全流程地面演练及在轨作业状态判读。

  张学习团队针对月表高温作业机械臂轻质、高刚度、高强度、耐热材料的苛刻要求,解决了晶须增强铝基复合材料的适应性设计与制备、薄壁管材和复杂锻件热成形与控性、产品强韧化与尺寸稳定化处理等关键技术,研制了高性能机械臂结构件,完成了弯扭联合加载装置研制及机械臂刚度与强度考核,为机械臂多点、多次采样及样品精准转移提供了技术支撑,在月面釆样作业中表现出优良性能。

  嫦娥五号月面采样任务的圆满成功,是在国家探月与航天工程中心的领导下,哈尔滨工业大学与航天工业部门协同攻关的重大成果,开创了国家重大科技工程从预先研究、工程立项、技术攻关到工程实施全过程的一体化创新合作典范。

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