实施我国探月一期工程三步走战略最后一步月球采样返回任务的嫦娥五号探测器已于去年年底顺利返回地球，在近23天任务周期里连续完成了11个重大节点任务，其中最引人注目的环节显然是“月表采样”。乘着我国第6个航天日到来的东风，官方又公布了一批嫦娥五号月表采样工作期间的全新画面。
嫦娥五号发射质量8.2吨嫦娥五号是一款四器合体的月球探测器，由轨道器、返回器、着陆器、上升器组成，返回器与上升器之间还有一个支撑舱，轨道器与返回器组成“轨返组合体”，着陆器与上升器组成“着上组合体”，抵达环月轨道后两个组合体之间两两分离，执行月表采样任务的是“着上组合体”。
组合体两两分离我国首次月球采样任务共取回克月壤样本，这一重量是此前人类所有月球无人采样重量的5倍，为了能够挖到足够多月壤，同时又要将月壤样本送返地球，着上组合体必须有足够完备的采样工具，以及月面起飞能力。为此执行登月任务的着上组合体与它的前辈嫦娥三号、嫦娥四号相比要重得多，规模达到了3.8吨左右，超出前两次登月任务探测器一吨有余。着上组合体着上组合体登月用时也比嫦娥三号、嫦娥四号多了3分钟，它最终成功着陆于吕姆克山脉附近预设着陆区的三个陨石撞击坑之间，尔后顺利展开了着陆器太阳能电池翼。
抵达月球轨道后嫦娥五号并没有立即实施登月任务，这是为什么呢？因为它在等待最有利于太阳能电池翼提高发供电能力的月午时刻。
嫦娥五号着陆点嫦娥五号设计有钻取与表取两种采样手段，它们都是用电大户，首先进行的是钻取采样，采样杆安装在着上组合体的北侧，背对太阳光照，阴影区有利于钻取采样设备的高效散热。
钻杆钻取采样原理示意图钻取采样杆内部是中空结构，内置取芯袋，取芯袋跟随采样杆下探，下探过程中月壤自动进入取芯袋，取芯袋包裹月壤的过程类似穿袜子。
钻取取芯袋（月球楼地面测试装备）采样杆配置有3台电机，分别是回转电机、加载电机、冲击电机，回转电机赋予钻杆旋转切削力，加载电机赋予钻杆向下运动的钻压力，冲击电机是在遇到坚硬石块时赋予冲击力。
当钻杆下钻到0.9米深度时遇到了阻力，此时三台电机同时启动，但考虑到如果强行突破会延长钻取工作时间，同时也会增加设备散热难度，而基于月午工况以及月面起飞窗口限制，着上组合体只有48小时工作时间，因此技术决策部门当机立断结束钻取采样。
嫦娥五号月表钻取采样钻杆结束钻进工作后，取芯袋收口，并以缠绕方式进入钻取初级封装容器中，尔后上升器顶部月壤容器口盖打开，钻取初级封装容器落入其中。钻取初级封装容器紧接着就是表取采样工作，表取与钻取相结合可以丰富月壤样本的多样性，同时两者本身也是互为备份，表取采样主要通过一根长度达3.7米的四自由度机械臂实施。
表取采样机械臂表取机械臂末端配置两台采样器，分别是采样器甲与采样器乙，二者同样互为备份，采样器甲具备挖取、铲挖、拾取功能，采样器乙则是在遇到相对坚硬的月表时赋予浅钻能力。
表取采样机构与钻取采样机构的安装需求不同，后者配置的钻杆无法摆动，属于一锤子买卖，因此无需采样区域过多的可见光信息，可以安装在背对太阳光照的阴影区。
表取采样器表取采样则不同，它有较大的活动范围，而且是有选择的采样，需要更多的可见光信息，因此设置在向阳一面，有利于光学设备监视采样过程。着陆器共配置6台光学监视相机，采样器末端有近摄相机，机械臂远端位置也有一台相机，这样就能做到全方位无死角的环境感知。
表取采样每一步操作都可以在航天科技五院的月球楼中模拟复现，在那里有一台等比例的表取采样装置，模拟复现的结果可以为表取采样提供更加精准的决策信息支持。
地面月球楼复现表取采样工况（月球楼地面测试装备）当表取采样机械臂展开的同时，位于着陆器顶部的表取初级封装容器口盖也将同步打开，表取采样器甲挖取月壤收口时都有振动现象，这样做可以防止月壤颗粒与采样器内壁粘连，每铲挖一次月壤，机械臂都会操作将月壤倒入表取初级封装容器中。
采样器甲操作倒月壤表取采样任务设计铲挖15次，但实际操作中由于采样器甲表现优异，只铲挖了12次就装满了表取初级封装容器。表取初级封装容器嫦娥五号探测器总体副主任设计师朱舜杰曾这样感慨道，因为我们在地面的工作做得非常的充分和扎实，我们预想了非常非常多困难的工况，这就相当于你在准备考试期间，你都做特别难的题，然后你真正走上考场的时候，你可能就觉得更加自信，更加轻松，更加游刃有余。
这个感慨有点凡尔赛了，他所说的困难工况主要体现在假设着上组合体着陆在一块月壤厚度较薄，亦或者附近有诸多岩石的情况，在这个时候就需要用到采样器甲的铲取与拾取功能。采样器甲封口结构可用于铲取（月球楼地面测试装备）铲取是通过采样器甲封口装置实现对小型石块的采集，拾取则是采样器甲封口装置与挖取装置配合实现对尺寸稍大石块的采集。表取采样器甲拾取功能（月球楼地面测试装备）更难的情况是周围都是大块岩石，采样器甲的挖取、铲取、拾取功能对此将无能为力，此时就需要用到采样器乙，它可以对大型石块进行浅钻操作，进而搜集岩石粉末。最终的事实是表取工作只用到了采样器甲的挖取功能，其它着眼最困难情况准备的表取采样手段都没机会用。表取采样器乙浅钻挖取（月球楼地面测试装备）那么，最终提前交卷的表取工作是因为运气太好了吗？答案当然不是，嫦娥五号表取采样之所以能够交出完美答卷主要归功于两点：嫦娥五号在月亮上挖的几个坑首先得益于预设着陆区选择的科学性，这是工程可实现性与科学研究目标、多轮遴选相结合的产物；再就是得益于嫦娥三号、嫦娥四号淬炼成熟的基于“惯导+激光测距测速+微波测距测速”于一体的多波束导航系统，在着陆末段还应用了居于世界领先水平的激光三维成像系统，使得嫦娥五号着上组合体可以有选择地着陆在一块相对平坦的区域，为表取工作顺利开展奠定坚实基础。激光三维成像快速螺旋搜索选择着陆区完成表取采样后，位于着陆器顶部的表取初级封装容器口盖自动封口，尔后采样器甲通过拾取功能将表取初级封装容器提取出来，进而转移至位于上升器顶部的封装容器中。采样机械臂抓取表取初级封装容器封装容器的设计也是别具匠心，钻取初级封装容器内侧是中空结构，可以盛放表取初级封装容器，在有限空间内用最小的设备重量实现了月壤装填的最大化。完成月壤样本封装后，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进行环拍，于是一段拍摄着陆区的动态视频就呈现在了我们面前，这一额外任务也得益于采样机械臂水平°范围的摆动能力。机械臂相机拍摄着陆区紧接着国旗展示系统工作，尔后经上升器月面起飞、环月轨道对接、月地返回轨道入射、月地转移、第二宇宙速度再入返回等一系列操作后嫦娥五号最终成功着陆于内蒙古四子王旗主着陆场。
当前嫦娥五号采集的月壤样本已经通过多种形式向外界展出，相关科研工作正在有序开展。
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