钻取采样装置：助力嫦娥六号成功“挖土”
转自：经济日报
日前，嫦娥六号顺利完成在月球背面南极-艾特肯盆地的智能快速采样，并按预定形式将珍贵的月球背面样品封装存放在上升器携带的贮存装置中。由中国科学院金属所研制的铝基复合材料钻杆和轻质铝合金取芯管在嫦娥五号获得成功应用后，本次在嫦娥六号首次月球背面采样中继续获得成功应用。
和嫦娥五号任务相同，嫦娥六号也要进行“钻取”和“表取”两种采样方式。据介绍，钻取采样装置设计长度为2.5米，一共有三层结构，最外层是可以旋转钻进的外钻杆。紧靠外钻杆的是取芯管。取芯管的外面包裹着一条长长的袋子，叫取芯袋。当钻头向下钻进时，取芯袋也会跟随着取芯管向下运动，而钻取到的月壤岩芯则会被顶进袋内，这个过程有点像“穿袜子”。取样后的取芯袋以缠绕的方式，存放在钻取初级密封装置上。
据介绍，外钻杆由金属所材料制备与加工研究部马宗义团队研制的碳化硅颗粒增强铝基复合材料制造，是月球钻取采样机构中的关键部件。团队通过研发铝基复合材料大尺寸坯锭及多道次变形加工工艺，研制出高强韧铝基复合材料挤压棒材、锻件和厚壁管材，实现材料性能和稳定性的大幅提升。尤其针对钻杆用材开展材料高取向微观结构设计，在保证耐磨性的同时，实现材料高强塑性匹配，先后突破了复合材料内孔高精度、高直线度加工、热处理强化与矫直等关键技术，研制的钻杆耐磨性和强度可与钢材媲美，实现减重65%。
取芯管采用了金属所特种合金研究部姜海昌团队研制的两种轻质异形铝合金制造。为应对月球背面取土，整体装备的重量进一步减轻，铝合金管材的结构设计非常复杂，对材料性能和加工制备工艺提出了严苛的要求。团队克服了项目工期时间短、管材性能要求高、尺寸精度严苛、制造工艺复杂等一系列难题，突破了薄壁管材弹性回弹与尺寸精度之间的制约关系，利用新型高强铝合金研制了具有轻量化结构的外护管和芯管零部件，部件的性能和尺寸满足设计要求，为嫦娥六号月背自动采样任务提供保障。（经济日报记者佘惠敏）