嫦娥五号挖土离不开这根25米长的钻杆你知道它是什么材料做的吗

  12月6日凌晨，已将月壤“打包”的嫦娥五号上升器，成功与轨道器返回器组合体交会对接，并将月球样品容器安全转移至返回器中。12时35分，嫦娥五号轨道器返回器组合体与上升器成功分离，进入环月等待阶段，准备择机返回地球。嫦娥五号探测器“挖土”时的关键部件——2.5米长的钻杆及其结构件，是由中国科学院金属研究所马宗义团队研制的碳化硅颗粒增强铝基复合材料制成。

  嫦娥五号的轻量化要求、复杂的月壤构成以及月球温差变化，都对钻杆的重量、刚度、强度和耐磨性提出了严苛的要求，常规金属材料无法满足要求。此外，为了把采集到的月壤提取到上升器中封装，月壤钻杆必须做成中空，而不是实心杆。所有这些给钻杆的研制带来了极大挑战。

  嫦娥五号探测器落月瞬间

  究竟用什么材料好呢？钢铁的强度虽然高，但因其密度高达7.8克/立方厘米，难以满足航天的轻量化要求。铝合金的密度倒是比较小，只有2.7克/立方厘米，但铝合金的刚度和强度又不够大，没法抵抗住钻杆承受的载荷。

  马宗义团队长期研发铝基复合材料，相比铝合金，这种复合材料的密度只增加了0.1克/立方厘米，但刚度和强度却提高50%以上，这样既实现了轻量化，又有高的刚度，不容易变形。

  在月面“挖土”，与月壤直接接触的钻杆必须耐磨，在铝合金中添加碳化硅陶瓷颗粒可以明显提高材料的耐磨性，但陶瓷颗粒的添加使复合材料延展性明显降低，极大增加了复合材料的成形难度。

  钻杆钻取月壤过程

  一般而言，通过对材料进行反复变形，可以提高材料的强韧性和可靠性。“这就像和面一样，反复地揉搓，面团的韧性就越好。”马宗义研究员告诉记者，只有制备大尺寸复合材料坯锭且经多道次变形，才能获得更均匀、更理想的组织，从而提高综合性能与可靠性，以确保万无一失。另外，复合材料需要加热到大约500摄氏度后快速冷却才能使其强化，但2.5米长的中空钻杆在这一过程中很容易变形。一方面要强化，另一方面还得防止变形并对变形进行矫形，这让科研人员费尽了心机。

  经过两年多的科研攻关，马宗义团队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，研制的钻杆刚度、强韧性和耐磨性完全满足月壤钻取要求，相比钢材实现减重65%，为嫦娥五号顺利完成月球“挖土”提供了重要支撑。（作者 黄海华）