2024年6月2日至3日，嫦娥六号探测器经过紧张的月面工作，圆满完成世界首次月球背面次表层自主采样任务。
本次任务中，由航天科技集团五院精心设计的钻采和表采相结合的“挖土”模式，以及为嫦娥六号探测器装备的“挖土神器”，包括钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等，表现出色，让月背“挖土”更轻松。
瞄准月背开展设计验证
嫦娥六号探测器着陆于月球背面的南极—艾特肯盆地区域内。这里是月球最古老、最大的陨石撞击坑，具有极高的科学价值。尽管在月球样品采样封装技术上，嫦娥六号继承了嫦娥五号的“钻表功能独立、月面真空密封”方案，但是月背更加复杂的环境仍然带来了前所未有的挑战。
航天科技集团五院专家介绍，为确保首次月背采样任务“采得着、钻得动、封得住、回得来”，该院研制团队充分评估嫦娥六号探测器的约束条件，确定相应的工作形式和飞控模式，开展采样过程自主序列化设计。“此外，我们还在任务实施前开展了大量实验验证，包括考核月面采样封装优化设计的正确性、验证采样封装对月背环境的适应性、支撑完善月背采样封装工作程序、演练采样封装在轨故障处理预案等，确保产品设计和操作流程适应月背采样任务要求。”
“多快好省”采集样品
月背“挖土”是个精细活，如何“多快好省”地采集更多的月壤？嫦娥六号探测器有两个办法：一是表取，用一个机械臂携带采样装置，采集月球表面的土壤；二是钻取，用一根钻杆钻入月球表层预定深度，采集较深层的土壤，难度和不确定性比较大。
其中，研制团队最关注是否“钻得动”，并为此开展了大量地面试验与仿真分析。“针对月背中继通信可能无法有效配合钻采作业这一极端工况，我们开发了应急程序，人机协作辅助嫦娥六号及时研判控制钻取风险，现场决策后续动作。”航天科技集团五院专家说。
结合月壤特性，研制团队设计出独创钻头，确定下取芯机构方案及相应构型，使其具备钻进高硬度岩石的能力。同时，针对不同颗粒度月壤的切削、拨、挤、排能力，让钻头形成多个切削面，以便在高效取芯的同时，具备良好的层序保持性。
将样品完好无损送回地球
月球表面为高真空、高低温、月尘综合环境，要将38万公里之外的样品在无人条件下打包封装，历经空间飞行及再入返回时的力、热等复杂环境，不被地面环境污染、维持样品原态，需要研制一套专门装置，能够在月表自动承接、密封样品，并将其完好无损地送回地球。
航天科技集团五院专家介绍，为确保采集的样品在提芯过程中不掉落，研制团队经过多方案筛选验证，采用扭转密闭式结构、大应变材料设计的封口方案，低力载而高可靠，即使长时间处于大变形承载状态下也不会应力松弛。
针对采集的月壤样品可变形的特征，研制团队为探测器设计了特殊的提芯拉绳，确保取芯软袋具有确定的几何形状，方便样品的传送和转移。
“此外，为将月壤封装容器与整形机构分离并传送至上升器内，我们设计了专门的分离和传送方案，不仅结构简单、操作易控、能耗低，还可在不同着陆姿态下精准传送封装容器。”航天科技集团五院专家补充道。（光明日报全媒体记者张蕾 ）