新少年·未来课堂｜破解多项技术难题 月球取壤利器是这样出炉的！

一、盲盒屋

破解多项技术难题

月球取壤利器是这样出炉的！

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。

在这次任务中，嫦娥六号研发团队精心设计，破解多项技术难题打造的“取壤利器”，立下了“汗马功劳”！

嫦娥六号是如何工作的？“取壤利器”是如何采样的？今天我们就来揭秘它的出炉过程！

星用高功率电机仅保温杯大小

实施月球采样任务时，钻取过程中极易遭遇坚硬的玄武岩。

如何破岩？除了要有高强度的切削钻头，还需要强劲的电机提供动力。

钻取采样装置。

为了应对月球采样过程中的种种挑战，研发团队特别设计了一款高性能的电机。

这款电机体积小巧，仅相当于一个保温杯的大小，但功率却高达千瓦以上。

在研制过程中，团队面临着电机体积、质量、功率和扭矩的多重考验。

他们通过采用新材料、多级减速器、滚针轴承等“黑科技”，终于攻克了技术难关，设计出了这款适用于宇航环境的电机。

不过，电机的研制只是挑战的开始，他们还需要解决电路控制难题，确保电机在宇航环境中稳定运行。

团队利用逆变升压技术提高电压、减小电流，并通过混合润滑方式，有效化解了热效应集聚，让整个机构受力更均匀。

经过四代样机的反复打磨，团队成功研制出了国内首款星用高功率密度电机。

预案比《新华字典》还厚

2012年，钻取采样装置迈入工程样机的研制阶段。

这是一个复杂而繁琐的过程，装置既要适应月球空间环境，还要满足各种地质工况要求。只有通过大量钻取试验，才能制定出万无一失的任务预案。

模拟出月壤是第一步。团队参考已知的月壤成分、密实度和力学参数，以及国内外相关文献资料，联合清华大学和中国地质大学展开研究。

他们利用地球上的火山灰、玄武岩等成分相近的原材料，经过筛分、研磨，用直径10微米至41毫米的颗粒，研制不同配比的模拟月壤材料。

这些材料被装进几米高的桶里，按照一定的密实度要求挤压、夯实，模拟出各种真实场景下的月壤，并进行了数千次的钻取试验。

通过不断分析和改进，团队总结出了3大类、46种工况，并制定了比《新华字典》还厚的预案。这些预案为实际采样任务提供了有力的保障。

从“提心吊胆”到“手拿把攥”

“卡住了！”“启动应急预案！”

2020年，嫦娥五号在执行首次月面采样任务时，曾遭遇了一次惊心动魄的挑战。

在提拉样品软袋的过程中，由于石块卡住管芯，导致提拉受阻。

月球样品。

关键时刻，团队根据预案采取了复合性措施，成功将样品袋从钻杆内提取出来。

这次经历让团队更加深刻地认识到预案的重要性，也为嫦娥六号任务的顺利进行提供了宝贵的经验。

在嫦娥六号任务中，钻取采样装置实现了软件自动读取、分析参数，并按程序自主操作。

这一创新不仅提高了采样效率，也降低了人为干预的风险。

月球表面环境复杂。

在正常工况下，程序会根据实时数据控制电机升挡降挡、调节转速等；如果参数超出阈值，程序会自动停止钻进，并显示遇到的问题及对应预案。

这种智能化的操作方式，让团队在面对突发情况时更加从容不迫，“手拿把攥”的感觉，跟上次的“提心吊胆”完全不一样。

如今，嫦娥五号、六号任务已圆满成功。研发团队正向着探测火星、小行星、木星等任务发起新的挑战。

二、奇趣谷

高铁座椅上的“犄角”，到底有啥用途？

乘坐高铁的朋友，可能会注意到，复兴号座椅的靠背上，有一个看似挺突兀的“犄角”。

大家可能会琢磨，它到底是干什么用的呢？

有人说是挂垃圾袋的，还有人说是挂奶茶的……

其实，它是用来旋转座椅的“小把手”！

旋转座椅上的“小把手”。

由于动车组列车可以双向行驶，不用调头，抵达终点站返程时，就需要调转座椅方向，“犄角”其实是乘务员用来旋转座椅的“小把手”。

除了这个作用，其实它还有别的用途。

当有旅客在列车过道，行走不稳时，这个“犄角”也可充当临时扶手。

衣帽钩承重有限，不能悬挂背包、电脑包等。

为了方便残疾人群乘车，复兴号智能动车组的无障碍车厢座椅“犄角”上，还设有盲文标识，视障旅客可以通过触摸，获取座位信息，方便他们快速找到座位。

为方便旅客，车窗边设有衣帽钩，供旅客悬挂围巾、外套等。

不过，由于衣帽钩承重有限，不能悬挂背包、电脑包等较重的行李。

以复兴号二等座车厢为例，座椅背后小桌板的上方，有十字扣用于固定小桌板。注意！十字扣不可以悬挂物品，否则容易造成失灵或损坏，悬挂的物品在列车行驶中也容易脱落。

特别提示：小桌板是供大家就餐和放置水杯、书本等较轻物品，它的承重有限，所以千万不要趴在上面！

三、魔卡荟

1.仿生机器人明年开放预订

拥有合成器官、人造肌肉

波兰机器人公司近日宣布，其开发的限量版人形机器人“克隆阿尔法”即将在明年开放预订。

“肌肉骨骼仿生人”。

这款机器人被描述为“肌肉骨骼仿生人”，模拟人类的解剖结构，拥有超过200个“骨骼”和一个仿生呼吸系统。使用合成器官、人造肌肉和韧带，而非传统的机器人组件。

该公司表示，“克隆阿尔法”的肌肉系统，通过革命性人造肌肉技术来驱动骨骼。它的运动系统通过电池驱动的泵和阀门系统实现，通过在体内循环水来驱动关节和肌肉的运动。水储存在躯干内的容器中，躯干具有类似人类的肋骨和脊柱。这种水填充的设计使机器人更加柔软，更接近人类。

虽然该公司声称，克隆阿尔法具备16项预设技能，包括记忆家居布局、厨房库存，甚至还能提供“诙谐对话”，充当私人管家和保姆，但许多人对这款机器人的实际能力仍持怀疑态度。

不过，这家公司的创始人表示，克隆阿尔法不仅可以在家庭中发挥作用，还可以在工作场所发挥作用。

2.无人机装上“鸟腿”

能够跳跃起飞

瑞士和美国的研究人员联合开发了一种创新型无人机。

这款无人机采用一对受鸟类启发设计的可动腿来取代传统起落架，让无人机可以在地面行走、跨越障碍，甚至无需跑道即可跳跃起飞，从而克服了固定翼飞机在复杂地形中的局限性。

装上“鸟腿”的无人机，能够跳跃起飞。

相比依靠四个电机驱动的四旋翼无人机，固定翼无人机通常更节能，因为它们使用单电机结合滑翔来飞行。

为了机械化再现鸟类腿部的力量和功能，同时尽量避免对无人机重量和续航能力的影响，研究团队结合了数学模型、计算机仿真和实验反复改进才得以实现。

它的腿部采用弹簧和电机的组合，模拟了鸟类强劲的肌腱和肌肉功能。简化版的脚部结构，包括两个关节化组件和带被动弹性关节的脚趾。这些脚趾不仅避免了无人机在地面移动时摔倒，还能有效帮助调整起飞姿态，确保无人机达到理想的攻角。

它不需要依赖机场或平坦地形的传统起落架，甚至无需人工操作即可自主起飞。这使它能够探索危险或人类难以进入的区域，并在安全地点完成起飞准备。

此外，它的能耗比四旋翼无人机更低，续航范围也更大，展现出显著的实用性和技术优势。