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玉兔车轮 镂空为减少扬尘


法制晚报讯(李文姬王婷婷)下午互拍月壤成分95%是“细颗粒物”真实的月球表面覆盖着一个松散层,由岩石碎块、角砾状岩块、砂和尘土组成,称为月壤。这些月壤约95%的颗粒尺度为毫米级,约50%的颗粒为60微米级。月球上的岩石主要有三种类型,第一种是富含铁、钛的月海玄武岩;第二种是斜长岩,富含钾、稀土和磷等,主要分布在月球高地;第三种主要是由0.1~1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60种左右的矿物,其中6种矿物是地球没有的。月球有丰富的矿藏,以铁为例,仅月面表层5厘米厚的沙土中就含有上亿吨铁,而整个月球表面平均有10米厚的沙土。月尘环境是人类探索月球遇到的首要问题。由于太阳紫外线辐照的影响,月壤细粒会周期性升起,在着陆器的推进器点火和月球车行走时,月壤细粒也会大量扬起。在月面环境影响下,“玉兔”行驶时很容易打滑,月壤细粒也会大量扬起飘浮,进而对巡视器敏感部件产生影响,引起机械结构卡死、密封机构失效、光学系统灵敏度下降等故障。为了研究和评价月尘环境对巡视器部组件的影响,在几年的时间里,模拟月尘的技术人员进行了一系列技术攻关。最终为嫦娥三号产品包括雷达天线、望远镜以及相机等5件有效载荷部件完成了月尘环境模拟试验。模拟月尘金川火山灰颜色、均匀度最接近要想探究月尘对嫦娥和玉兔所构成的危害,模拟一个“真实”的月壤环境就显得尤为重要。被誉为“嫦娥之父”的中国科学院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自远称,依据月壤分布特点及月球探测工程研制需要,模拟月壤重点研制了低钛月海玄武岩月壤、高地斜长岩质月壤的科学模拟样品及前者的工程模拟样品,并对其源岩地质特征、物质组成及其物理、化学特征进行了测试和研究。通过多次试验,科研人员将其与多种材料配合,模仿月壤的成分。火山灰是火山活动产生的细微的火山碎屑物,是直径小于2毫米的碎石和矿物质粒子,其中极细微的火山灰称为火山尘。用火山灰、岩石等按不同比例研制的“月尘”,从成分、密度、颗粒分布以及颗粒几何形状上都近似于真实状况的月尘。为了找到最适合的火山灰,科研人员曾去过云南、山西大同、黑龙江、吉林等多地对火山灰进行考查。基本上全国每个有火山灰的地方都被“光顾”过,工作人员要拿相机为各地火山灰拍照片,再用小车装一袋运回来进行进一步的分析,通过对比颜色、均匀度等,吉林辉南县金川的火山灰最为接近,因此选择了金川火山灰。嫦娥着陆器、玉兔月球车互拍,给着陆器充当背景的也许是黑色天空,也许是明亮的太阳和蓝色的地球,月壤里,碎石间则会记录下巡视器那或深或浅的车辙。拍照的第一个点位于着陆器的正北方10米处,这时巡视器会回眸一望,拍下着陆器坚实的背影,而巡视器的这次回头也会被着陆器所记录。随后,巡视器在太阳光线的指引下,以60度为一个间隔,依次到达位于着陆器的后侧方、侧方以及正前方,通过五个点,记录不同角度的珍贵影像,对于科学家来说都如获至宝。经过20个小时的艰难跋涉,旷日持久的互拍终于临近尾声,巡视器来到了着陆器的正前方,两个历经艰险的兄弟终于看清了彼此的正脸,彼此脸上鲜红的五星红旗让彼此有一种他乡遇故知的激动。模拟真空地面现车轮扬尘众所周知,月球处于真空状态,那么在地面如何建立真空模拟场,也成为困扰科研人员的一大难点。模拟月尘的技术人员一起研究、攻克了装载微米级的大量模拟月尘条件下,使月尘综合环境内真空度达到试验需求的高真空状态的难关,为试验提供了真空载尘的研究条件。模拟月尘颗粒很小,为微米级,在抽真空过程中会产生沙尘暴一样的扬尘现象。项目组自主研发的模拟月尘综合环境模拟器采取了特殊工艺,保证抽真空时不会产生一点扬尘现象。模拟月尘的技术人员对比研究了大气和真空状态下的车轮扬尘现象发现,空气状态下的扬尘现象受气流扰动影响极大,无论是临界起尘速度点、起尘高度及扬尘的运动规律都与真空状态下的试验规律完全不同。模拟月尘的技术人员在真空环境下分别研究了无花纹、直花纹及斜花纹等嫦娥三号仿真车轮的扬尘试验。通过试验获得了三种花纹车轮的临界起尘点、三种花纹车轮转速与起尘高度的试验规律、扬尘颗粒的速度矢量、扬尘颗粒的尺寸范围、扬尘颗粒的运动轨迹和范围。此外,模拟月尘的技术人员研制出旋转试验台,它具有连续给车轮送尘、松弛与平整已压实的车辙的功能。该试验台使得车轮在有限空间内连续行走期间,能再现车轮与月面月壤的滚动与滑动的作用方式。正是这些技术的突破,最终为地面模拟月尘扬尘试验获得了真实、可靠的数据。月尘试验成果半勺“盐” 均匀洒1平方米模拟月尘试验中,要求在模拟地面上均匀淋洒尘土,将70微米左右的火山灰均匀铺洒,这是一件难事。模拟月尘试验中,要求在工件上均匀淋洒月尘,每平方米20克,相当于要把半勺的盐均匀地洒在1平方米的地方,这是一件极难的事。而项目组最终设计出的模拟月尘淋洒装置,实现了在1平方米均匀淋洒0.1克的模拟月尘。另外,模拟月尘制备装置能够生产出形状接近真实月尘几何形状的颗粒,并可根据型号试验需要配制出任意比例的模拟月尘。玉兔车轮 镂空为减少扬尘为应付“月尘”困扰,“玉兔”的轮子也是大有讲究。轮子的辐条采用钛合金,筛设计用金属丝编制,在保持高强度和抓地力的同时,减轻了轮子的重量,轮子是镂空的,同时还能起到减少扬尘的作用。轮子上还有二十几个抓地爪露在外面。“玉兔”凭借6个轮子可实现前进、后退、原地转向、行进间转向、20度爬坡、20厘米越障等。“六轮摇臂”式行走结构,可使它们同时适应不同高度,保持6个轮子同时着地,是一个真正的“爬行高手”。文/李文姬王婷婷


(来源:法制晚报)

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