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月球|不骗人！嫦娥五号在月球站稳脚跟 主要靠蜜蜂

2020年11月24日，万众瞩目的嫦娥五号在长征五号运载火箭的帮助下进入太空，历时112个小时进入了月球轨道，最终安全登陆月球背面 。
这一壮举打开了我国航天探索事业的新篇章 。
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你知道吗？嫦娥五号探测器在向月球表面降落时，虽然反向发动机大大降低了它的下降速度，但它仍然会在着陆瞬间承受约4倍于地球的重力加速度 。也就是说，着陆支架承受的过载相当于探测器地面重量的4倍 。
在落地瞬间，一旦着陆支架因无法承受过载而断裂，那么嫦娥五号探测器及其随身携带的许多高精度科研探测设备都将可能受到损伤 。
所以，如何让着陆支架可以承受较高的过载，并保护探测器不受伤害，是工程师们遇到的一大难点 。
月球表面凹凸不平，因此探测器的着陆位置、着陆姿态、质量分布、质心位置、着陆时的振动特性、机构运动协调性等因素都是设计时需要考虑的地方 。
除此之外，由于落地瞬间的冲击力会通过着陆支架向探测器传递具有高度破坏性的能量，所以着陆支架不仅要坚硬、稳当，还需要具有高效吸收破坏性能量的缓冲防护能力 。
哪种材料可以胜任这个艰巨的任务呢？
工程师们经过综合筛选，最终采用了一种叫做蜂窝的防护材料，将其作为填充材料安装到了嫦娥五号探测器的中空着陆支架内 。
咦，蜂窝材料？它和蜜蜂的蜂巢有啥关系？
没错，蜂窝材料的设计灵感正是来源于大自然中的真蜂巢！
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嫦娥五号应用了来源于自然界的蜂窝缓冲结构，图片来源：自制1
来自大自然的蜂窝材料
蜜蜂是一种神奇的社会性昆虫，它们常常展现出与高等动物相媲美的智慧 。
我们常见的六边形镶嵌式蜂巢，就是蜜蜂家族在经历了数百万年演化后所掌握的独门秘籍（可申请专利那种） 。
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蜜蜂真是大自然的能工巧匠，图片来源：theconversation
蜂巢的结构想必大家都很熟悉了：它由许多蜂房组成，有的用来培育幼蜂，有的用来储存花蜜……
同时，每一个蜂房的横截面几乎都是标准的六边形，这种独特的造型令人们印象深刻，以至于只要看到类似的形状，就会联想到蜜蜂和它们的家 。
所以，这种由许多个六边形镶嵌而成的平面结构常被人们称为“蜂窝结构” 。
工程师和艺术家们则很早就已经把蜂窝材料应用在了各行各业，我们可以在各种建筑、雕塑和绘画等作品上发现六边形蜂窝元素 。
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蜂巢风格建筑，图片来源：archcollege
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喀麦隆发行的蜂窝风格纪念币，图片来源：powercoin
蜂窝材料蕴含了数学之美
科学家们同样对蜂窝结构非常感兴趣，古罗马的法罗、古希腊的波佩斯等学者便曾先后研究过蜂巢 。
不过，对于为什么每个蜂房都是六边形这一问题，他们并没有给出确切的解释 。
后来的科学家们提出了一个“蜂窝猜想”，认为这种蜂窝结构可能具有最优的空间利用率 。但长久以来，这个猜想未能得到证实 。
1999年，数学家托马斯·黑尔斯利用数学方法证明了蜂窝猜想：如果要将一个平面分割为许多个面积相同的区域，那么当采用正六边形镶嵌的方式时，所需的线条周长最小 。
也就是说，蜜蜂采用这种正六边形紧密镶嵌的蜂房设计，可以在材料用量最少的情况下尽量提高空间利用率，真是太高明了！
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数学家托马斯·黑尔斯，图片来源：维基百科
蜂窝材料具有高效防护能力
而蜂窝材料之所以能够随着嫦娥五号登上了月球，则是由于它在缓冲防护领域同样具有极大的应用价值 。


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