登陸月球背面的背後支撐—新聞—科學網

2020-12-02 科學網

「玉兔二號」月球車輪子外側，由SiC顆粒增強鋁基複合材料製成的棘爪。上海交通大學供圖

 

■本報記者 黃辛

「嫦娥四號」著陸後，巡視器隨即進行分離，「玉兔二號」月球車在月球背面留下了「人類首次行走」足跡，這一切都凝聚了上海交通大學材料技術團隊的心血。

2019年1月3日上午10點26分，「嫦娥四號」探測器成功著陸在月球背面東經177.6度、南緯45.5度附近的預選著陸區，並通過「鵲橋」中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，揭開了古老月背的神秘面紗。

此次任務實現了人類探測器首次月背軟著陸，首次月背與地球的中繼通信，開啟了人類月球探測新篇章。「嫦娥四號」著陸後，巡視器隨即進行分離，「玉兔二號」月球車在月球背面留下了「人類首次行走」足跡，成功開啟在月球背面的巡視探測任務。這一偉大壯舉背後也有著上海交通大學材料技術的應用與支撐，彰顯了上海交大科學家的智慧。

為「嫦娥四號」構建「金剛不壞之身」

上海交通大學材料科學與工程學院複合材料研究所、金屬基複合材料國家重點實驗室張荻教授、歐陽求保教授團隊研製的高性能SiC增強鋁基複合材料為「嫦娥四號」探測器在月球背面軟著陸、「玉兔二號」月球車在月球背面巡視探測等提供材料和部件支撐，為中國邁向空間時代貢獻力量。

該研究團隊研製的高性能SiC增強鋁基複合材料應用於「嫦娥四號」探測器中四個關鍵載荷，包括雷射測距儀、三維成像儀、紅外光譜儀等星載光學儀器中的鏡筒、光學底板、框架等12種關鍵構件。在複雜的空天使役條件下，星載光學儀器的任務要求其必須具有很高的解析度和穩定的光學性能，這就要求對結構與器件進行優化設計時，所用材料必須具有足夠的尺寸穩定性和良好的剛性等優異的綜合性能。而傳統材料難以滿足這方面的性能要求。

據介紹，研究人員研製的SiC顆粒增強鋁基複合材料具備輕質、高剛性、高尺寸穩定的特點，可滿足載荷結構輕量化、不變形、尺寸穩定的需求，解決了星載儀器高解析度和高穩定性的難題，為「嫦娥四號」的運行和完成各項科學探測任務提供重要支撐。

為「玉兔二號」打造「超級風火輪」

月球車在人類從未探知的月球背面開展巡視工作，要面臨惡劣複雜的空間環境和複雜未知的地形地貌的考驗。如「晝夜」超過300℃的溫差導致構件產生熱應力及熱變形，月球車在行走時要承受各種碰撞、擠壓、摩擦、磨損等。登陸月球背面的過程會非常曲折，任何細小的失誤都會引發一連串的問題，嚴重的甚至能導致登月失敗。用於主要與月球表面接觸的行走機構棘爪是月球車開展月球移動探測的關鍵和難題之一。

科學家研製的由SiC顆粒增強鋁基複合材料製成的行走棘爪，成功應用於「玉兔二號」月球車。SiC顆粒增強鋁基複合材料具有重量輕、高剛度、高耐磨、耐衝擊、尺寸穩定等特點，能夠承受月球表面各種苛刻複雜的服役工況條件，為「玉兔二號」月球車在月球背面行走保駕護航。

長期致力於中國航天工程

除上述成果外，長期以來，張荻教授、歐陽求保教授所帶領的研究團隊對鋁基複合材料開展了系統和深入的基礎和應用基礎研究，使上海交通大學材料科學與工程學院複合材料研究所、金屬基複合材料國家重點實驗室成為我國輕質高強鋁基複合材料主要研發和製造基地。

針對制約我國航天用非連續增強金屬基複合材料製備科學中複合調控難、界面匹配難、形變加工難三個難點，研究人員經過辛勤努力，研製成功的SiC增強鋁基複合材料性能達到國際領先水平，已獲得國家發明專利20餘項。並建立了國內首個航天用鋁基複合材料技術標準，以及國家標準，形成了高性能鋁基複合材料的批量、多品種研製和生產能力，並成功推廣應用，為我國高科技發展和維護國家安全做出了重要貢獻。

據悉，在支撐此次「嫦娥四號」探測器登陸月球背面任務之前，SiC顆粒增強鋁基複合材料已先後多次在探月工程、載人航天工程等航天重大工程中成功應用，並不斷擴大應用數量和範圍。

在「嫦娥三號」探測器、「玉兔號」月球車成功登陸月球後，科技部曾這樣評價該團隊：作為我國探月二期工程的主任務，「嫦娥三號」探測器是我國太空飛行器首次在地球以外天體實現軟著陸和巡視探測活動，是探月工程「繞、落、回」三步走中承前啟後的關鍵一步。金屬基複合材料國家重點實驗室(上海交通大學)為我國探月工程研製了多種高性能鋁基複合材料及構件，並成功應用於「玉兔號」月球車的移動分系統和「嫦娥三號」光學系統，為國家航天科技發展做出貢獻。

2010年10月1日發射的「嫦娥二號」探測器，成功應用3種構件。

2013年12月發射的「嫦娥三號」探測器，共計12種構件成功應用於3種載荷，並成功應用於「玉兔號」月球車行走機構棘爪構件。

2016年10月19日發射的「天宮二號」飛船，成功應用45種200餘件SiC顆粒增強鋁基複合材料構件。

2016年12月發射的「風雲四號」氣象衛星和2018年9月發射的「海洋一號C」等衛星型號中均成功應用了SiC顆粒增強鋁基複合材料及構件。

「至今已累計為航天重要工程提供關鍵構件10000餘件。」在自豪之餘，上海交大材料學院的科研人員表示，將持續關注國家重大需求，踐行「將論文寫在祖國大地上」之理念，勇攀科學高峰，為我國航天事業再立新功。

《中國科學報》 (2018-01-15 第8版 探索發現)

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    這一偉大壯舉背後也有著上海交通大學材料技術的應用與支撐，彰顯了上海交大科學家的智慧。 為「嫦娥四號」構建「金剛不壞之身」 上海交通大學材料科學與工程學院複合材料研究所、金屬基複合材料國家重點實驗室張荻教授、歐陽求保教授團隊研製的高性能SiC增強鋁基複合材料為「嫦娥四號」探測器在月球背面軟著陸、「玉兔二號」月球車在月球背面巡視探測等提供材料和部件支撐，為中國邁向空間時代貢獻力量。
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    中國對月球背面探測的史無前例的成功，在很多方面「意外」受益匪淺。對月球背面的地質勘查，對我們了解太陽系有極重要意義。月球背面可以考察隕石對地球的撞擊情況。月球在後面地形與月球正面完全不同，月球上的地質活動沒有地球活躍，甚至有一些巖石比地球的年齡還要大，我們可以通過對月面的礦物質進行研究，或許能幫我們揭開一些地球上的地質之謎！月球有豐富的礦藏。月球有很大儲量的氦3，地球中全部元素都能在月球找到，在月球的所有60種礦物中，有6種礦物是月球特有的。
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    此次任務實現了人類探測器首次月背軟著陸，首次月背與地球的中繼通信，開啟了人類月球探測新篇章。習近平總書記在2019年的新年賀詞中，專門提到「嫦娥四號」衛星。「嫦娥四號」著陸後，巡視器隨即進行分離，「玉兔二號」月球車在月球背面留下了「人類首次行走」足跡，成功開啟在月球背面的巡視探測任務。這一偉大壯舉中也有著上海交大材料技術的應用與支撐。
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    近日，據媒體報導，最近中國的最新太空探索計劃讓世界矚目，原來中國航天這次直接走出地球，並在使用嫦娥探測器登陸月球背面，而登陸月球背面的舉動在人類歷史上還是首次，就連美國都未曾實現，看來中國最新的太空探索計劃已經開始領先世界了，而且中國登陸月球背面才只是剛剛開始，下一步中國還將更深入彈射宇宙。
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    嫦娥系列的主要任務以探測月球為主，但嫦娥四號的任務更為特殊。繼嫦娥三號登陸月球表面進行了相應的探索之後，嫦娥四號承擔的任務就不再是簡單地對月球正面的探索，而是要實現首次從月球的背面進行登陸。一直以來，從月球背面登陸都是人類從來沒有嘗試過的。此次嫦娥四號不僅是要從月球背面登陸，更要承擔人類對月球背面的首次探索，藉此驗證關於月球背面一些理論的正確性。
  • 嫦娥四號登陸月球背面，美國為何如此緊張？
    2019年1月3日，經過26天的飛行，嫦娥4號月球探測器在月球背面的預定著陸區中順利著陸，成為人類首顆成功軟著陸月球背面的探測器，並通過鵲橋中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖。也許有人問為啥要登陸月球背面，其實這裡面學問很大。相比較月球正面而言，月球背面對於人類是一塊「處女地」。
  • 月球背面有「金字塔」?中國說出真相,嫦娥四號帶你看清月球背面
    當時的人類其實對月亮也是充滿了好奇，但由於技術的落後，讓人們對月亮更多的是幻想，後來，隨著人類科技的不斷發展，人類終於實現了登陸月球的夢想。在上個世紀六七十年代，美國的阿波羅計劃將太空人成功送上月球，打開了人類對太空的探索之路，同時讓人們對月球也有了全新的認識。
  • 印度月球南極登陸難，還是中國月球背面登陸難？其實兩者難度一樣
    2、無大氣層全程動力下降無大氣層月面降落時沒有氣動加熱與開傘問題，但全程動力減速下降，對發動機要求極高，而且每個階段的發動機推力是不一樣的，因此我們的嫦娥三號四號計劃中有一個7500N變推力發動機突破的重大新聞
  • 為什麼美國、蘇聯都「不屑」去月球背面,中國偏要成為登陸第一國?
    後來經過很多探測，月球的正面和背面，我們都拍了很精細的圖像。這就是月球背面，據說月球背面有外星人，他們正在設計如何建設好月球的背面。還有很多人給我寫信，說咱們中國人別惹這個麻煩了，你們幹嘛要到月球背面去惹禍呢？別人都不敢去。還說月球是外星人造的，裡面是空心的，外星人都待在月球的裡邊等等很多謠傳。
  • 人類看不到月球背面,探測器在背面失靈,月球上真有外星人基地?
    據科學家推算月球已圍繞地球轉了45億年了，但詭異的是它永遠只展示出它的正面，背後從來都不讓人看到，這不禁引起科學家的思索：月球的背面到底隱藏著怎樣的秘密？人類對月球的探索很早之前就已經開始了，1969年美國的阿波羅號就已經實現了人類首次載人登月，並從月球上帶回了月球樣品，從此人類對月球的探索有了更深入的了解。
  • 這才是月球背後模樣,嫦娥四號公布月球背面照片,原來長這樣
    這才是月球背後模樣，嫦娥四號公布月球背面照片，原來長這樣 月球大家應該都很熟悉吧，月球可以說是和地球形影不離的存在，月球現在常常被人們稱作是月亮，從古代開始，人類社會就有關於賞月的習俗存在，月球是一種衛星，大小大概是地球的四分之一左右，地球是一種恆星，而大部分的恆星身旁都存在著衛星，而月球則是地球唯一的衛星
  • 嫦娥四號登上月球背面,月球背面有外星人?嫦娥之父也收到警告
    我們中國航天技術比美國和俄羅斯起步的都要晚，但是如今我國在國際上航天技術得到了一定的認可和地位，我國在航天領域發展勢頭十分迅猛，在2018年的時候中國航天漂亮的翻身仗，中國航天已經決意要開創歷史了，我國在2018年的航天發展情況如同打了雞血似的，根據數據顯示，我國在2018年的1月份就發生了5次太空飛行器，2018年這個年度完成了一共達到了36次太空飛行器，比美國還多了6次，在今年的19年，年初的時候，嫦娥4號探測器成功登陸月球背面
  • 月球背面為什麼去不了,霍金警告人類不要登月外星人是否存在
    人類的探月計劃一直沒有停止，然而，沒有人知道月球背面是什麼樣，月球背面為什麼去不了？而霍金雖然坐在輪椅上，但他對宇宙的探索可一直沒有停止。近日外媒報導，霍金警告人類不要登月。霍金這一說法和月球背面有什麼關係呢？月球背面真的存在外星人嗎？我們都知道，月球總是一面朝著地球，而另外一面卻總是背著地球。
  • 為什麼美國一直不公布月球背面的照片?NASA上一目了然
    美國作為世界上第一個有太空人登陸月球的國家，當年可謂是威風凜凜，使得其它的一眾國家難以望其項背。然而在美國登月這麼久之後，社會輿論一直關注的是，為什麼美國一隻不公布月球背面呢？關於這一問題，社會上產生了激烈討論，基本有以下兩種觀點。第一種是大家普遍比較支持的觀點：美國在登月後於月球背面發現了非常稀有的礦物質，但又難以立即開採帶回地球，妄圖低調行事，隱瞞這一事實，害怕被後來者竊取。
  • 月球背面存在外星人?中國嫦娥四號月球背面軟著陸,揭開謎底!
    ，嫦娥四號月球探測器離月球的最近距離僅為15000米，要知道人類從未離登陸的月球背面如此近，要說不擔心自然是不可能的，因為這麼多年之所以沒有國家登陸月球背面，就是因為這裡極難登陸，由於月球本身的阻擋，探測器和地球指揮中心無法直接通訊，所以我國才發射了鵲橋中繼星，用以連接嫦娥四號和國內控制臺。
  • 霍金曾多次警告,西方媒體警告不能去,中國在月球背面拍到了什麼
    如今科學技術逐漸發達，非常多的國家都會進行宇宙的探索，月球作為離地球最近的衛星，自然是我們研究宇宙的第一步。早在1969年，美國率先登陸上月球，但是直登陸在月球的表面，拿背面到底隱藏著什麼？霍金曾經阻止人類前往月球探索。就在今年的一月份，我國嫦娥四號衛星順利發射，而且它的任務就是前往月球的背面一探究竟。
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    月球背面為什麼去不了,月球背面到底有什麼?作為太陽系中最為特殊的天體，月亮總是以一面面向地球，從來沒見過它的背面長什麼樣，這主要是由於月球的自轉和公轉周期相同。然而自人類登月成功以來，如今已經成功發射探測器到火星了，但卻根本沒有月球背面的消息，這是為什麼?
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    隨著科學領域的逐漸進步，雖然宇宙仍然那麼神秘，但是人類對月球的越來越了解。比如說 曾經的美國阿波羅計劃，都拍攝了不少月球表面的圖片，以及一些影像資料。雖然人類已經登陸了月球表面，但月球背面至今為止，從未有人類踏入，為何人類無法直接登陸月球的背面，是有什麼難以解決的技術問題嗎？
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