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嫦娥五号数据解密:大批月面照片公开,清晰度远超阿波罗登月工程

小生活档案

2022-07-06 09:51河南

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随着嫦娥五号探测数据的解密,一大批月面影像产品得以公开,包括航天迷在内的国人们也因此大饱眼福。

不同于以往,嫦娥五号肩负的是月面采样返回专项使命任务,因此没有配置可在月面移动探测的月球车,因而获取月面影像的设备也多为固定机位。

嫦娥五号由轨道器、返回器、着陆器、上升器四大舱段构成,由着陆器与上升器组成的“着上组合体”负责登陆月球表面并进行采样工作。

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嫦娥五号探测器

着陆器配置有双摄镜头的全景摄像机,该设备安装在转动平台上,可在一定范围内转动指向,是感知着陆点周围环境,指导月面采样工作的重要设备。

嫦娥五号配置的全景摄像机为人类带来了迄今为止最为清晰的月面彩色成像影像,成像画质远远超越了人类以往历次月球探测任务(当然也包括阿波罗载人登月工程)。

阿波罗11号载人登月任务月面成像

先来看全景摄像机对着陆腿的成像,在画面中我们可以清楚地看到着陆足垫在月面砸出的凹陷坑,这是因为着陆器在距离月面2米左右位置时伽马关机敏感器会感知到这一距离高度,进而向7500N主减速发动机传达了关机信号实现自动关机,着上组合体在此高度以自由落体方式降落至月球表面,最后的着陆能量由着陆腿吸收,因此才有了凹陷。

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嫦娥五号着陆腿与缓冲足垫(全景摄像机成像,图源:CNSA/CLEP/GRAS/Seger Yu)

那么为什么一定要关机呢?因为嫦娥五号着陆器配置的7500N主减速发动机虽然是一款可变推力发动机,但即便是降低至最低推力,在着陆末段如果不关机着陆就会扬起更多月尘。

7500N变推力发动机

反观阿波罗载人登月舱的着陆腿在月球表面几乎没有产生凹陷坑,这是因为它所配置的主减速发动机一直工作到着陆月球表面之后再关机,产生的着陆冲击力更小,所以凹陷并不明显。

嫦娥五号(左)与阿波罗登月舱(右)着陆痕迹对比

然后是全景摄像机对表面取样机械臂的成像,嫦娥五号着上组合体配置了两套互为备份的采样装置,分别是钻取采样装置与表取采样装置。

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嫦娥五号表面取样机械臂(全景摄像机成像,图源:CNSA/CLEP/GRAS/Seger Yu)

现在我们知道嫦娥五号带回的1731克月壤样本中有200多克是钻取采样装置采集,那么剩下的1.5公斤月壤样本则都是表取采样装置采集。

钻取采样装置无法选择采样点,落到哪就采集那里的月壤,表取采样就不同了,后者配置了一套表取采样机械臂,可以在着陆点周围灵活选择采样点。

嫦娥五号月表钻取采样

表取采样机械臂是由肩部偏航关节、肩部关节、肘部关节、腕部关节、臂杆A、臂杆B、采样器组成的四自由度空间机械臂,展开长度4.3米。

在着陆器全景摄像机对采样机械臂的成像画面中有两个焦点设备,一个是机械臂末端的表取采样器,另一个就是臂杆B配置的远摄相机。

表取采样器(全景摄像机成像,图源:CNSA/CLEP/GRAS/Seger Yu)

月面环境有着各种复杂的未知因素,为了适应复杂多变的月面采样条件,参研人员设计了一套堪称全能的表取采样器,该采样器分为采样器甲与采样器乙两部分。

采样器甲有铲取、挖取、拾取三大功能,铲取、挖取可以采集松软的月壤,拾取功能是铲取设备与挖取设备相互配合的产物,该功能还可用于机械臂提取表取月壤初级封装容器。

表取采样器甲(全景摄像机成像,图源:CNSA/CLEP/GRAS/Seger Yu)

如果着陆点周围松软月壤很少,此时就可以用到采样器乙,该采样器具备在岩石或相对坚硬的月面进行浅层钻取的功能。

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表取采样器乙(全景摄像机成像,图源:CNSA/CLEP/GRAS/Seger Yu)

不过,由于着陆点选择工作做得很到位,着陆点周围有很多松软月壤,因此表取采样工作并没有使用采样器乙的机会。

在表取采样器侧面还有一个圆盘形状的装置,它又是什么呢?

该圆盘装置是机械臂的腕部关节,内置有驱动组件与绕组组件,同时它还集成了“月球触摸传感器组件”,该组件是机械臂感知与月面距离的关键设备,也是表取采样工作可以顺利进行的关键设备。

月球触摸传感器组件在圆盘装置集成(全景摄像机成像,图源:CNSA/CLEP/GRAS/Seger Yu)

采样器另一个侧面还有一个包裹着银色隔热材料的长条形装置,它是采样器的近距离相机,相当于采样器的眼睛,同时在臂杆B上还有一台远距离相机,它同样是采样器的眼睛,两台相机相互配合协同作业。

机械臂上的突出结构便是“远距离相机”(全景摄像机成像,图源:CNSA/CLEP/GRAS/Seger Yu)

表取采样机械臂设计了15次采样作业,实际任务中只用了12次,就完成了采样作业,加上钻取采样共计采集月壤1731克,这一重量是苏联3艘无人月球采样飞船采样量总和的5倍。

表取采样器甲向表取初级封装容器中倒入月壤

完成采样作业后月面工作时间还有余量,嫦娥五号探测器总师杨孟飞在指挥现场起身提出一个要求,打开机械臂监视相机(远距离相机)进行环拍,于是一段拍摄着陆区周边环境的动态视频就呈现在了我们眼前,这一额外任务也得益于采样机械臂水平120°范围的摆动能力。

表取采样器甲利用拾取功能抓取“表取初级封装容器”

机械臂远距离相机跟随机械臂巡视嫦娥五号着陆区

得益于嫦娥五号任务的出色表现,使得我们对后续探月行动更有信心与决心,后续我们还将开展第二次月球采样任务——嫦娥六号,这一次我们将开赴月球南极极区进行采样作业。

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