如何在嫦娥五號月球上挖掘和運輸土壤樣本
據國家航天局介紹，經過約19個小時的月面工作，嫦娥五號探測器于12月2日22時成功完成了月球表面的自動采樣，并已按預定的形式將樣品打包儲存在升空器攜帶的存儲裝置中。
自動采樣是這項任務的關鍵部分之一。嫦娥五號通過深鉆、淺鉆、鏟土、挖土、夾土等多種方式，實現了多點、多樣化的自動采樣。目前，它已經打包好樣品，準備背著月球離開。
在100℃以上的月球表面高溫試驗中，它克服了測控、照明、供電等方面的限制，伸出長臂，把土鏟抬得很高。
需要注意的是，嫦娥五號的土鏟與我們日常生活中使用的鏟土機是不同的。這種設備一端是小鏟子，另一端是淺鉆。可360度無死角作業，可輕松完成挖坑、淺鉆、起重作業。
嫦娥五號的“手臂”細而白，但很結實。如果說人體手臂的力量來自于肱二頭肌、屈肌、掌骨等，那么每個關節的力量都來自于這個外形美觀、技術含量高的機械手關節處的馬達。這是中國航天科技集團第四研究院401所研制的關節臂電機總成。
有兩種鉸接臂馬達。重的不到1公斤，輕的不到半公斤。它們體積小，強度大。而且，它們是靈活和靈活的。精度可達1度以內，可以讓嫦娥五號點到哪里去挖。
這些電機安裝在機械手的關節附近，暴露在月球表面環境中，這意味著它們必須在陽光直射下承受130℃以上的高溫和比地球上大得多的輻射，同時還要承受真空散熱困難造成的性能下降環境。幸運的是，開發團隊已經解決了這些環境適應性問題。
如果電機在運行中發生故障或斷電怎么辦？為了保證任務的完成，課題組將兩臺電機放在一個電機外殼內，提供雙重保護；同時，還增加了機械臂在突然停電時保持位置的功能，從而防止機械臂因“力不從心”落在月球表面，可以說是非常體貼的。
如何抬起你的腳？
為完成鉆探任務，航天科工集團第五研究院529廠為嫦娥五號提供了一套“金剛石鉆頭”。
該鉆井子系統具有三大基本技能：鉆井能力強、出粉能力強、對月球土壤適應性強。
嫦娥五號無法移動，必須在墜落處進行鉆探，這對鉆井適應性提出了很高的要求。課題組進行了數千次地面鉆探試驗，積累并形成了不同工況下的鉆井參數數據庫，通過在軌預編程和自主控制，實現了鉆井子系統“旋轉”、“撞擊”和“旋轉+撞擊”三種模式，以及不同參數的自由切換，以適應各種月球土壤條件。
為了讓嫦娥五號擁有百里挑一的原裝鉆頭，科研團隊選擇了雙排鉆牙的階梯式配置。“回火”后，保證鉆進過程平穩可控，具備8級硬巖鉆進能力。他們還為雙排葉片設計了多個切割面，使其能夠移動并突破臨界顆粒和顆粒團，從而應對危險情況，處理大顆粒。
同時，科研組對鉆頭采用逐漸加寬的錐形出粉通道，與鉆桿排粉槽相連，形成一體化的排粉通道。通過鉆桿模型匹配和參數優化，使系統的排粉能力大大提高。
“采封”是鉆井子系統的核心技術之一。為了保證在提出過程中鐵芯不會脫落，系統采用開放式結構的“8”型超彈性合金絲作為密封方案，與芯部軟袋端部集成，利用彈性收縮力實現簡單可靠的密封。
嫦娥五號的樣品密封在軟袋中后，將被放入環形包裝容器中，然后運輸到立管頂部。如果嫦娥五號不影響垂直著陸，則可能影響發射。
針對低重力條件下著陸姿態角對樣本傳輸的不利影響，課題組設計了具有碰撞自適應能力的傳輸方案。月球土壤包裝容器的初始速度由彈性驅動提供，然后在重力作用下，由三級導向錐角的包裝容器沿固定導向結構傳遞到立管。該方案簡單可靠，能實現包裝容器在不同著陸姿態下的精確傳遞。
