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我校多项成果助嫦娥三号圆梦月球

       十几年来,我校邓宗全教授作为探测器设计论证专家组副组长和副总设计师单位负责人,全程参与了嫦娥三号工程总体设计论证、探测器系统设计与质量评估。他带领的项目组刻苦攻关,多项技术助力嫦娥三号圆梦月球。

首创“可升降电梯”:让“玉兔”平稳落月

        月球车从着陆器可靠转移至月面是开展巡视探测的重要环节。针对月面环境和着陆姿态均不确定,机构空间尺度和质量约束苛刻等条件,团队从2004年开始进行多方案论证及原理样机研制,2009年开始与中国空间技术研究院合作开展转移机构设计,成功研制出独具特色的刚柔混合式杆-索-轮变自由度转移机构,它犹如一个可升降的电梯,实现了“双侧悬梯共牵连平动,触地后各自适应地形”的功能。

创建移动系统构型理论:做月球车悬架“设计师”

       月球车移动系统研究难点在于如何适应月表崎岖、大温差、月尘等极端环境。该团队提出了以多摇臂悬架、多驱动轮为特征的月球车悬架构型综合方法并建立构型图谱库,形成了多自由度变悬架构态、两侧悬架差动联接、载荷自重比大的月球车移动系统设计理论。在此基础上,课题组先后研制出四轮、六轮、八轮等多种月球车移动系统样机。2006年与中国空间技术研究院联合研制出国内第一款月球车移动系统工程样机,并通过了沙漠外场试验;2009年提供了六轮月球车移动系统正样产品研制的基本设计参数。

率先研制筛网车轮:让月球车“信步漫游”

        为确保月球车车轮能够在松软崎岖的月面上顺利运行,该团队建立了能够反映滑转沉陷、轮刺、载荷等多种物理效应的高精度地面力学模型,提出了车轮结构参数优化设计方法,在国内率先设计并研制出筛网轮等多种构型车轮。在国内首次研制车轮运动特性多功能测试装置,通过大量试验,揭示了车轮参数和运动状态对牵引性能影响的内在规律,为“玉兔”月球车车轮工程设计提供了原始数据。

攻克月面机械臂难关:为“玉兔”安装“手臂”

        如果说车轮是玉兔的“脚”,机械臂便是玉兔的“手”,机械臂可携带探测仪器进行月壤成分探测。该团队首次研制出月球车关节式机械臂样机,进行了机械臂及电机、传动装置在极端工况下的生存和地面环境试验,设计了锁紧-释放-停靠复合连接分离技术方案,让“玉兔”手臂收放自如。

突破月球重力模拟技术:真实复现“玉兔”月面移动

        进行整车月球低重力试验是嫦娥三号重大难题之一。该团队在国际上首次提出了利用单吊索方式模拟月球车月面轮压的测试方法,突破了高精度摇臂质心转矩校正、快响应恒拉力控制、长距离三维跟踪技术,实现了月球车低重力模拟测试。研制了可在真空、低温环境下模拟月球重力辅助太阳翼展开的试验装置。综合月面低重力和地形几何与物理特性信息,实现了月球车运动的数值模拟。

        除了邓宗全教授项目组,我校微特电机与控制研究所、金属橡胶技术研究所也承担了嫦娥三号相关技术的研究。

自主研制永磁无刷电机技术:为机械臂“自由舒展”提供强动力

  玉兔号月球车机械臂的关节电机项目由我校电气学院微特电机与控制研究所承担。研究团队合理地平衡了机械臂电机高功率密度和高效率之间的矛盾,力求做到尽量减少每一克质量同时保证其具有高的机械强度与可靠性。作为我校自主研制的机械臂关节用永磁无刷电机具有体积小、功率密度高的特点,特殊的结构使机械臂关节结构更加合理。同时,电机技术还协助解决了月球车行走平稳的问题。

金属橡胶技术:为“玉兔”软着陆提供支持

  在嫦娥三号发射和着陆过程中,我校金属橡胶技术研究所研制的金属橡胶高阻尼缓冲装置为着陆器中的光学观测设备承受住复杂力学环境提供了保障;在舱盖展收机构中采用由金属橡胶材料制成的限位装置在极端温度下可以实现可靠的热密封,其刚度连续可调,并借助于其他机构的压缩,保证了光学设备小舱体的热密封及遮盖,使得密封更加紧密,重复工作性能更稳定。(闫明星)