我国探月工程可采用的一种月球钻探取样方法的初步分析.pdfVIP

地质斜越崎根 Vo l. 28 No.6 第 28 卷第6 期 2009 年 11 月 Geological Science and T echnology Information Nov. 2009 我国探月工程可采用的一种月球钻探 取样方法的初步分析 段新胜la ，都泰宁1a ，顾 湘1b ，段苏浩2 (l.中同地质大学 a. 工程学院，b. 机械与电子信息学院.武汉 430074 ， 2. 中同科学技术大学地球和空间科学学院.合肥 230026) 摘 要:美国和前苏联已完成的月球取样方法分别是载人登月取祥和地面遥控取样钻机取样。基于美国和前苏联的方法，提出 了-种可供我国婶娥工程选用的月壤钻探取样方案，即用遥控取样钻机，配备硬质合金钻头、空心螺旋钻具，采用振动~回转钻进 工艺。在高真空和低重力条件下，可选用空心螺旋钻具来解决排盾和钻压问题。顺利排属的基本条件为钻具的螺旋升角应小于 月壤与钻具之间的摩擦角、钻具的回转速度应大于1临界转速。通过分析计算可知在月球上采用外螺旋钻具时，临界转速比在地球 上要小得多，因此在获得同样的回转力矩条件下可匹配较小功率的电动机。 关键词:探月工程;遥控钻机;空心外螺旋钻具; I临界转速 中圄分类号:P184 ;P634. 5 文献标识码:A 立章编号:1000-7849(2009)06-0125-03 1 美国及前苏联月球取样方法及特点 2012-2017 年为回的阶段，主要目标是实现月球 表面软着陆并采样返回地球。笔者认为，可采用的 取样方法主要有两种z 一是用地面遥控机器人在月 美国月球取样的特点是载人登月取样，所使用 球表面上拾取或挖取月表岩样或月壤。与美国的 的方法主要是通过宇航员来拾、铲或挖、钻。阿波 阿波罗计划相比，虽然蜻娥工程没有载人登月计 罗宇航员所穿的增压服限制了其活动的灵活性，特 划，但与那时相比机器人技术已取得了长足的进步， 别是弯腰的能力，因此需要设计特殊的取样工具供 宇航员使样。如 u 阿披罗12 号宇航员用长柄多齿 阿被罗计划中的部分人工采样工作在蜡娥工程中 可通过机器人来实现，这种机器人可以是安装在月 夹钳拾取岩样产阿波罗17 号宇航员用长柄铲刀挖 取土样产阿波罗16 、 17 号宇航员用齿缝宽为 1 cm 球着陆器上的一个机器手。二是采用地面遥控式电 动取样钻机在月球上钻采岩样或月壤，并将钻采的 的多齿靶铲铲取月壤中的石子产阿被罗12 、 15 号 岩样或月壤放入返回仓，这种遥控式电动取样钻机 宇航员将内径 2cm 或 4cm 的岩心管用捶击的方法 可以安装在月球着陆器的一个起重臂上或安装在着 打入月表下面约 70 cm 探采取岩样;阿搜罗15 、 16 、 17 号宇航员采用了轻便电动冲击回转取样钻 陆器旁的滑道上。笔者主要分析和探讨第二种取样 机，用双手扶正钻机并平衡反扭矩，钻入月球深达 3 方法。 m，采取了直径为 2cm 的岩样。 2.1 月球取样钻机钻进能力的确定 前苏联月球取样的特点是采用地面遥控的轻便