「嫦娥五號」探測器今天在中國文昌航天發射場成功發射，踏上了前往月球採樣並返回地球的徵程。在月壤採樣環節的敲擊、鑽取、提升、封裝、對接轉移、返回地球等流程中，上海科研機構研製的電機將發揮重要作用。
中國電子科技集團公司第二十一研究所（以下簡稱21所）主要負責「嫦娥五號」配套電機設計研發，提供相關配套產品共計5個類別、16款產品。這些電機需要在尺寸、重量嚴格受限的情況下，精準驅動探測器完成一系列關鍵作業，並接受月球惡劣的高低溫交變和月塵考驗。
「嫦娥」攜帶的「錘子」能敲碎巖石
在月壤採樣環節中，如果月球探測器降落地點的表層土壤下存在大塊巖石，會給鑽取採樣造成很大困難。科學家考慮到這一點，為「嫦娥五號」配上了一把「小錘子」，即衝擊機構。它要做的是敲碎鑽取過程中遇到的大塊月巖，保證取樣順利進行。衝擊機構要完成穩、準、狠的敲擊動作，其動力來源於一款直徑60毫米的行星減速無刷直流電動機。
項目負責人程遠介紹，月球環境為真空狀態，無法像地球上通過空氣傳導，將電機運行時產生的熱量散發出去，所以會造成熱量大量堆積在電機內部，時間一長就會導致電機過熱燒毀。另外，由於探測器體積有限，所有電機都要求小型化、輕量化，但這款電機又要提供足夠的動力，怎麼辦？程遠帶領團隊反覆論證，在無刷直流電動機的前端加裝了行星減速器，後者的作用是放大電機輸出力。這一設計方案，也使電機的溫升有效地控制在可靠工作範圍內。
防月塵也是一大挑戰。程遠解釋說，月壤的粉塵顆粒非常小，而且月球的重力只有地球的1/6，因此在取樣作業過程中，揚塵特別多。如果月塵進入探測器內部，就可能引發故障。為此，她和同事們對探測器內部的電機接口做了精心設計，確保嚴絲合縫；對於裸露在外的電機機組，他們則採用不含通孔的全封閉結構。
11月17日在中國文昌航天發射場拍攝的長徵五號遙五運載火箭。新華社發
「我們研製的產品，在用戶單位性能指標測試中一次性全部達標。」程遠自豪地說。在前期方案設計時，這個團隊進行了大量電磁、力學和熱學仿真測試，在很短時間內完成設計方案的計算，得到了用戶的認可。
為了在月球打鑽，科研人員創新設計
除了敲擊，「嫦娥五號」還將在月球上進行鑽取，獲得比較深的月壤樣品。在月球上打鑽與提取，主要靠加載電機、整形電機這兩個關鍵部件。
21所高級專家李雨告訴記者，在鑽取月壤時，加載電機的功能是推動鑽頭前進；整形電機則用來將採樣到的月壤提起來並裝入密閉裝置。特別是整形電機，裝在「嫦娥五號」著陸器頂部，直接暴露在外太空，所處溫度特別高，必須具有極強的環境適應能力。
加載電機
為此，課題組研製了真空帶載裝置。為了完成電機在模擬月面環境中的全面性能測試，李雨帶著徒弟寧劍建經常通宵加班，守在熱真箱旁進行詳細測試。這類真空帶載測試在以前的工程型號從未使用，在「嫦娥五號」項目中第一次嘗試使用。「工程需要大膽創新設計，同時新技術也必須小心求證，只有在驗證充分的情況下才敢真正應用。」李雨說，「加載電機和整形電機的電磁設計上，我們就採用了一種新型的衝片結構，在不改變體積的前提下，將力矩增加了30%以上。」這種創新設計，將為「嫦娥五號」鑽取到符合要求的月壤樣品提供保障。
整形電機
3個抱爪將牢牢抱住上升器，完成對接
「嫦娥五號」取完月球樣品後，載有樣品的上升器將與軌道器對接，把樣品轉移至返回器內，以便帶回地球。在這個至關重要的對接過程中，一款無刷直流電動機將發揮重要作用——驅動抱爪張開和合攏，將上升器牢牢抱住，從而與軌道器進行對接。
「電機上的抱爪結構有3個抱爪，有點像樂扣盒子的鎖扣結構，必須扣住上升器。」設計師王永豔解釋道。3個抱爪必須保持極高的動作連貫性和一致性，均衡用力，才能完成這次難度很高的對接，從而使樣品順利進入返回器。為了儘可能萬無一失，王永豔親自打磨墊片，多次被砂紙磨破手指。這麼做的目的是調整合適的電機軸向間隙，達到0.001—0.02毫米精度，讓抱爪機構精準地完成抱抓任務。
21所科研人員在探討「嫦娥五號」電機研發問題。
據悉，21所還為「嫦娥五號」研製了齒輪減速混合式步進電動機組件、某型號無刷直流電動機，前者用於月球樣品的密封封裝，後者是確保艙蓋關閉、樣品取回的動力源。它們能否助力「嫦娥五號」順利完成各項任務，把月球樣品帶回地球？讓我們拭目以待吧。
來源：上觀新聞