如何在月球挖土？( 二 )
钻取子系统所采集的月壤样品具有可变形特征，为将月壤样品提升至上升器顶端，软带前端连接有一段数米长的提芯拉绳。为节省样品存储空间，盛装钻取样品的初级封装容器设计为圆环形，提芯拉绳原位缠绕后带动盛有月壤样品的取芯袋螺旋缠绕至环形容器里，从而使其具有确定的几何形状，方便样品传送和转移。通过机械方式实现拉绳和软袋缠绕的精准控制、精准缠绕。
考虑到因月壤采样量与取芯软袋缠绕力载状态随机性而导致软袋缠绕状态不确定的问题，采用包络法构建尺寸链理论模型，建立缠绕力载剖面与软袋长度的关联模型，确定系统装调参数，制定缠绕控制策略，解决了圈数范围与机构缠绕容差间匹配性问题，实现了取芯软袋尾部位置精准可控，保证取芯软袋可完全收纳于初级封装容器内部，避免刮蹭现象发生，为下一步月壤样品的精准传送奠定基础。
为将月壤封装容器与整形机构分离并传送至上升器内，在分离方案上独创设计了“剪切销”式低冲击剪切分离的方案。在整形电机的驱动下，剪切机构在月壤封装容器的上端面施加轴向压力，通过轴向压力剪断均布的3个剪切销，实现月壤封装容器与机构部分的分离。进而实现一个电机、多个动作的操作。
该操作相较于传统火工分离方法，具有结构简单、重量轻、操作易控、能耗低的优势。针对低重力下着陆姿态角度对样品传送的不利影响，设计了具有碰撞自适应能力的传送方案。月壤封装容器分离后，弹性驱动为月壤封装容器提供初始速度，再借助重力将含有三级导向锥角的月壤封装容器沿固定导向结构传送入上升器内，不需要续送机构，简单可靠。通过优化月壤封装容器传送路径几何参数和关键部位构型，可实现着不同着陆姿态下，封装容器的精准传送。
钻取子系统“展得开”功能由展开机构实现，相较于以往的展开类产品，该机构具有展开路径与月球1/6重力平面重合、展开负载大、轻量化要求高等特点。面对这个“沉重”的展开负载，创新性提出了“双涡簧驱动、行星绳系增力”的设计方案。
同时，针对展开机构的特殊要求，通过多次工艺试验、对比、选型，研制出了大刚度、大圈间距的平面涡卷弹簧，满足了增力方案带来的平面涡卷弹簧刚度要求高、作业角度大的问题。同时针对构型、重量等其他方面的要求，对设计参数进行了迭代优化，保证“沉重的负担”可顺利转移至预定位置。
（本文节选自《嫦娥探月：新华社采访人员带你探秘》）
文章插图
《嫦娥探月：新华社采访人员带你探秘》
胡喆 著
ISBN：978－7－5166－5742－3
新华出版社 2021年4月
定价：32.50元
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