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　　嫦娥五號在月亮之上“挖土”，舉世矚目，它的取土手臂什么樣?在哈爾濱工業(yè)大學(xué)一個(gè)實(shí)驗室內，此次應用于嫦娥五號的同款備用機械臂：全長(cháng)3.7米，結構重量3100克，臂厚僅有1.4毫米。通體銀白色的機械臂長(cháng)得平平無(wú)奇，卻能精準地將月壤放入盛放容器中，在這“神奇手臂”縮放自如的背后，是哈工大材料科學(xué)與工程學(xué)院耿林教授團隊張學(xué)習教授項目組歷時(shí)多年的努力與艱辛。

　　張學(xué)習是哈工大材料科學(xué)與工程學(xué)院的教授，他所在的輕質(zhì)耐熱金屬基復合材料團隊，在耿林教授帶領(lǐng)下從事金屬基復合材料研發(fā)30余年。在嫦娥五號“挖土”之旅中，張學(xué)習帶領(lǐng)項目組經(jīng)過(guò)多年艱苦努力，攻克了鋁基復合材料在空天領(lǐng)域應用的多項關(guān)鍵性技術(shù)，參與研制出嫦娥五號采樣機械臂。

　　2020年12月2日深夜，嫦娥五號機械臂歷經(jīng)近15小時(shí)完成多種復雜月面自主采樣動(dòng)作，在7—8平方米的扇形區域內采樣12次，將樣品精確轉移至密封容器中，當機械臂提起樣品容器精準放入封裝容器，圓滿(mǎn)完成了月壤的采樣任務(wù)時(shí)，位于北京的地面控制室響起熱烈掌聲，張學(xué)習和團隊成員終于松了一口氣。

　　張學(xué)習說(shuō)，為攻克面向月面環(huán)境的鋁基復合材料復雜構件制備成形一體化技術(shù)，團隊在多年技術(shù)積累基礎上，結合月面工作條件進(jìn)一步技術(shù)創(chuàng )新，在材料制備成形技術(shù)上攻克難點(diǎn)，突破了鋁基復合材料晶須構型理論設計、高致密材料制備、復雜構件熱加工過(guò)程成形與控性、強韌化與尺寸穩定化處理等關(guān)鍵技術(shù)，獲得了十余項國家發(fā)明專(zhuān)利。

　　針對大尺寸機械臂彎曲和扭轉載荷同步加載和剛度測試難題，張學(xué)習等團隊成員經(jīng)過(guò)1年多時(shí)間攻關(guān)，自主研發(fā)了大尺寸軸形零件彎扭聯(lián)合加載專(zhuān)用測試裝置，此裝置成功獲得兩項國家發(fā)明專(zhuān)利，實(shí)現了機械臂彎矩和扭矩同步加載，以及剛度的精確測量和強度校核，為產(chǎn)品出廠(chǎng)提供了關(guān)鍵支撐。

　　“由于形狀特殊的機械臂沒(méi)有通用的檢測裝置，又考慮到月球真空環(huán)境、陽(yáng)光照射造成產(chǎn)品溫差大，嫦娥五號會(huì )面臨極端的環(huán)境，在此條件下，機械臂很可能因剛度強度不足或熱脹冷縮而變形、降低重復采樣精度。我們針對這些問(wèn)題自主研發(fā)了一套不同溫度條件下機械臂性能檢測裝置，測試表明機械臂剛度和尺寸穩定性超過(guò)設計要求，保證了機械臂挖取月壤和轉移樣品過(guò)程中極高的重復定位精度。經(jīng)過(guò)反反復復一年多的試驗，進(jìn)行了上百次強度、剛度等多種性能的檢測。”張學(xué)習說(shuō)，“只有不停地試驗驗證，才能在實(shí)際應用中萬(wàn)無(wú)一失。”

　　在項目研發(fā)前期，由于一些技術(shù)缺陷，團隊在很長(cháng)一段時(shí)間內都找不到合適的解決辦法，只得不停地試錯、完善、調整……從2010年項目論證，到2013年項目啟動(dòng)，再到2017年完成技術(shù)攻關(guān)、2020年成功登月……在此過(guò)程中，中國空間技術(shù)研究院總體部機械臂研究所給予了大力幫助，哈工大武高輝、單德彬、徐文臣教授等多位專(zhuān)家給予了技術(shù)幫助和指導，為項目的順利實(shí)施發(fā)揮了重要作用。

　　“未來(lái)一系列國家重大任務(wù)對新材料研發(fā)提出了更高要求，只有不斷創(chuàng )新，才能滿(mǎn)足需要。”針對未來(lái)發(fā)展，哈工大材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(cháng)、團隊負責人耿林說(shuō)。

　　嫦娥五號工程是我國探月工程“繞”“落”“回”中的最后一步，發(fā)射的中國首個(gè)實(shí)施無(wú)人月面取樣返回的月球探測器是中國航天迄今為止最復雜、難度最大的任務(wù)之一。嫦娥五號探測器在2020年11月24日發(fā)射升空，機械臂僅用近15小時(shí)就完成了12次采集表層月壤，圓滿(mǎn)完成表層月壤的采樣任務(wù)。