解密嫦娥四号软着陆的“腿”

1月3日，嫦娥四号探测器实现了人类探测器在月球背面的首次软着陆。消息传到了“科学岛”。这个岛充满了快乐、骄傲和自豪。这些不苟言笑的科学家再也无法掩饰他们的兴奋了。

月亮的背面不平坦。如何实现“软着陆”是登陆月球的技术挑战。位于安徽省合肥市“科学岛”的中国科学院合肥材料科学研究所固体物理研究所的研究团队自主研发了一种缓冲棒，为月球背面软着陆提供了关键保障。

月球不平坦的背面对拉杆的缓冲有很高的要求。

1月3日10时26分，嫦娥四号探测器自主降落在月球背面南极艾特肯盆地的冯卡门撞击坑，实现了人类探测器在月球背面的首次软着陆。同日下午，中国科学院合肥材料科学研究所固体物理研究所(以下简称固体物理研究所)举行新闻发布会，称固体物理研究所为月球背面软着陆提供了一个关键产品，即“缓冲棒”，俗称嫦娥四号的“腿”。继嫦娥三号任务之后，上交所再次为嫦娥四号的成功软着陆做出了重要贡献。

月球的背面就像一个“盾牌”，阻挡陨石对地球的直接冲击。因此，月球背面的陨石坑数量远远多于正面。此外，月球表面布满沟壑、峡谷、悬崖和很少的平坦区域。“这意味着当嫦娥四号探测器着陆时，由于四个主要着陆段的着陆时间不同和冲击力分布不均匀，它们将面临很大的风险。“嫦娥四号探测器着陆缓冲元件项目的骨干、材料应用技术研究所副研究员王兴富博士说，在极端条件下，一些拉杆甚至会受到更强烈的冲击和拉伸。

因此，当探头着陆时，拉杆必须高效、可靠、稳定地发挥其吸能功能，以吸收巨大的冲击力，保证探头安全、稳定地着陆。然而，着陆机构的总重量受到严格限制，并且拉杆必须在有限的体积、尺寸、重量和塑性变形的条件下吸收尽可能多的能量。"因此，拉杆材料必须具有极高的拉伸塑性、适中的拉伸强度和稳定的机械响应行为."

固体炉料下高效吸能合金材料的开发

鉴于拉杆在确保探测器安全着陆方面的重要作用，与嫦娥三号一样，拉杆也被确定为嫦娥四号着陆系统的关键部件。然而，这一关键和重要部分的研究和开发被委托给固态研究所的研究和开发团队。

王兴富告诉记者，自2007年以来，研究所一直在进行拉杆材料的勘探。“当时，国内没有合适的材料，所以我们一直在尝试。经过六年多的实验，我们终于研制出一种新型的缓冲吸能棒材料，命名为高效吸能合金。

据报道，目前用于商业应用的金属材料的最大塑性只能达到50%，而高效吸能合金的塑性可以达到80% ~ 110%。换句话说，一根1米长的缓冲棒可以伸展到2.1米。“这种材料的能量吸收特性远远优于现有的金属材料，也处于世界领先水平。”

这样，固体研究所项目组开发的高效吸能合金为着陆机构的设计和实现提供了关键的材料支持，也填补了我国地外天体探测器着陆缓冲拉杆材料的空白。然而，采用高效吸能合金材料研制的缓冲拉杆产品，塑性超过70%，能吸收巨大冲击力，为嫦娥三号和嫦娥四号登月提供了重要保障。

将承担更多的深空探测任务

2013年，固态研究所研制的缓冲棒成功地保证了嫦娥三号月球表面的软着陆，为中国第一艘登上外星物体的航天器做出了重要贡献。2014年，项目负责人研究员被人力资源和社会保障部、工业和信息化部等六部委联合授予“月球探测工程嫦娥三号任务杰出贡献奖”荣誉称号。同时，该单位获得国防科技局对月球探测三期研发保障条件建设项目的资金支持，为固体研究所航天特种金属材料研发中心的建设和发展提供了重要机遇。

2016年，固态研究所和第五航天学院建立了一个联合实验室，在多学科领域开展深入合作。2017年，在航天特种金属材料研发平台基础上建立的安徽特种金属材料工程实验室获得批准，为航天新材料的升级和应用奠定了良好基础。

除了首次为嫦娥四号探测器在月球背面软着陆提供安全保障外，上交所还承担了火星一号着陆器缓冲元件的研发工作，并已成功通过初步样品产品的方案和验收，正式进入样品开发的积极阶段。此外，载人登月计划也已得到演示。作为嫦娥三号和嫦娥四号探测器拉杆材料的唯一供应商，固态研究所自主研发的缓冲拉杆材料有望在未来中国深空探测中发挥更大的作用。

许多研究机构为嫦娥奔月做出了贡献

记者了解到，除合肥科学岛固体研究所外，安徽还有几个研究机构为嫦娥四号成功登月做出了贡献。

据了解，嫦娥四号在穿越地球和月球之间38万公里后从太空到达地面时，信号非常微弱。为了清晰、准确地接收信号，由中国16所电气科学研究所低温电子学/超导电子学研究开发部自主研制的低温接收机作为月球探测器的“顺风耳”，在-260℃的低温环境下，接收到来自遥远空间的微弱“嫦娥”信号。中国电力科学第16研究所相关研发人员告诉记者，他们开发的低温接收器应用于嫦娥四号测控系统和地面应用系统，接收探测器的信标信号和通信数据。”为这项任务服务的低温接收机解决了低温接收机的真空密封技术和低损耗隔热传输技术。首次开发出一种新型的密封窗和隔热方法。采用起偏器集成冷却方法，解决了低温冷却变形的技术难题。其中，低温接收模块实现了极低噪声技术，低温低噪声放大器的噪声温度低于6K，达到国际先进水平。"

此外，激光测距传感器在月球探测器中的作用是提供着陆器到月球表面的距离信息，激光三维成像传感器的作用是获取着陆区的三维地形，共同为陆地的安全着陆提供有力保障。然而，中国第43电子科学研究所也为嫦娥四号月球探测器开发了某种类型的DC/DC转换器电路。DC/DC转换电路应用于激光测距传感器和探头的激光三维成像传感器，为传感器提供高压电源，成为传感器的关键部件。相关人员告诉记者，小电源将输入电流，经过稳压、滤波、变换后，再将纯净、稳定、连续的电流输送给传感器使用。“如果把电流比作人体血液向其他器官供氧，那么电源就相当于传感器的心脏，保证了血流和血压。它的成功研制为着陆器的安全可靠着陆提供了有力保障

(我们的记者常赫，我们的记者相磊)