美国新视野号探测器成功观测冥王星,而中国的嫦娥五号探测器也将于2017年左右升空,完成落月采样并返回地球。晨报记者了解到,嫦娥五号上的核心部件之一——“超声”电机,将还是出自南京航空航天大学的赵淳生院士团队。
嫦娥五号
须装多部“超声电机”
“‘嫦娥三号’上应用的那部超声电机运转非常好,后年(2017年)发射的‘嫦娥五号’还将安装5部超声电机!”在日前举办的“2015青少年高校科学营江苏科学营”开营讲座上,赵院士自豪地向台下来自内地、香港、澳门的数百位优秀高中生代表宣布这个消息。 今年已经77岁的中科院院士、南京航空航天大学教授赵淳生,亲自向这些孩子做了这场《开拓创新,追求中国梦》科普讲座,在介绍了航空航天、交通和国防科技的新动态之后,他重点介绍了自己团队研发超声电机,并成功应用在“嫦娥”系列探月飞行器的精彩故事。
2013年嫦娥三号登陆月球,释放出了“玉兔月球车巡视器”。而“玉兔”上用来驱动控制光谱仪的电机,就是赵老的杰作“TRUM-30A超声电机”。与传统电机相比,超声电机反应快、精度高、噪声小、没有电磁干扰。赵院士介绍,别看这台电机体积跟孩子的拳头差不多大,但是作用很关键,是给红外光谱仪“把关”,像吊车一样控制升降进出舱,以便分析月球大气和土壤成分。在不工作的时候还可以把光谱仪收进舱内。
嫦娥三号自2013年12月发射,当月14日着陆月球表面,迄今已1年半了,目前和玉兔一样状态良好,超声电机工作非常正常,完全符合预期要求。因此,赵淳生院士团队不仅收到了嫦娥工程指挥部发来的感谢信,还接到了为嫦娥五号装备更多台超声电机的任务。
超声电机是个什么神器?
超声电机是个超级电机
看上去不就是个驱动控制机械关节的电动机嘛,到底“高级”在哪里?
“首先是重量特别轻。”赵院士介绍,这种超声电机只有46克,1两都不到,是同等大小传统电机的十分之一,却能产生0.12Nm的扭矩,也就是说“力气很大”。另外,这种电机非常精确,说启动就启动,说停止就停止,想停在什么位置就能停在什么位置,所以能精确地控制光谱仪等各种精密航天仪器,让每个仪器以最理想的角度发挥作用。
还有个绝招就是——慢!为了减少能耗并同时发挥最大的效力,玉兔上光谱仪的张开和回收需要速度非常非常慢,普通电动机要转快没问题,要转慢就必须加装齿轮箱减速,而超声电机本身就可以每分钟100转缓慢工作——这才是2013年的成绩,经过最近两年的研究,赵院士他们发现,最新款的超声电机甚至可以实现24小时,甚至数天才转一圈。
2、低温冻、高温烤、真空检验
小小电机上月球经受千锤百炼
只有46克的超声电机,每台的研发成本却是70多万。因为所有电机都要在“真空高低温空间模拟环境试验设备”中磨练一番。这是为了模拟月球表面的空气密度,能将空气密度降至十的负六次方数量级,用于验证探月超声电机在真空环境的工作情况。赵淳生院士说:“将气压降低一个数量级谈何容易,实验室还需要对超声电机模拟低温,绝热等多组试验,都需花去较多的成本。”
TRUM-30A超声电机的工作环境已经验证了-120℃至180℃,几乎满足月球上一切可能的复合环境。赵淳生院士说:“‘嫦娥三号’是超声电机在航天工程的第一次成功尝试,将来‘嫦娥五号’会用上更多的超声电机,实现更多设备精密驱动。”实际上,赵院士和团队成员们已经为国防和民用企业研发了多种多样的超声电机。上至我国战略核导弹、巡航导弹、制导炮弹等军用武器,下至工厂的流水线组装机器人、无人机、甚至数码照相机驱动镜头对焦,都能用得上超声电机。
听众掌声
献给77岁患癌院士
77岁的赵院士坐在台上,一边播放图片、视频资料,一边给同学们做讲解,一讲就是2个小时,77岁的老人声若洪钟,中气十足,其间甚至都没见喝水。台下的学子们听得津津有味,数次爆发出热烈的掌声,不过,这些掌声都是献给赵院士本人的。
原来,这位老人是上世纪90年代放弃在美国麻省理工很好的研究环境,不顾在美国的家人反对,看到美国正在研制超声电机用于火星探测器后,毅然回国从“零”开始研究,全部家当不过是跟学校借钱买的一台电脑和一台打印机。原来,这位老人在2000年发现身患肺癌和胃癌,切除了一片肺叶和三分之二的胃,而在病床上还心忧研究工作,病榻上还给学生的博士论文上密密麻麻地写着修改意见。原来,这位老人并不是那种为了工作不管不顾的“老劳模”,当女儿赶回国哭着问他“要健康还是要电机”的时候,他斩钉截铁地回答:“我两个都要!”赵院士鼓励年轻的学子们在学习研究的道路上攻坚克难、勇往直前:“先进技术是买不来的,先进材料是买不来的,凡事要靠咱们中国人自己创新突破,我年纪大了,希望更多的‘中国梦’,能由怀揣梦想与激情的你们去追逐,去实现!”
嫦娥五号将于
2017年左右升空
全国政协委员、中国空间技术研究院空间科学与深空探测首席科学家叶培建院士,今年在京接受新华社记者专访时表示,嫦娥五号正在进行研制,进展良好,将按计划于2017年在海南发射。中国探月工程分“绕、落、回”三步走,绕月和落月任务已圆满完成。根据探月三期时间表,中国预计于2017年前后发射嫦娥五号,实现月球取样并返回地球。嫦娥五号由轨道器、上升器、着陆器和返回器组成。