中国空间科学技术

›› 2012, Vol. 32 ›› Issue (6): 16-22.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.06.003

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月面钻取式自动采样机构的设计与分析

庞彧, 刘志全, 李新立   

  1. （中国空间技术研究院，北京100094）
  • 收稿日期:2011-07-04 修回日期:2012-07-11 出版日期:2012-12-25 发布日期:2012-12-25
  • 作者简介:庞 彧 1978年生，2011年获中国空间技术研究院飞行器设计专业硕士学位，工程师。研究方向为航天器总体设计。

DesignandAnalysisofAutomaticDrillingSamplingMechanismforLunarExploration

 PANG  Yu, LIU  Zhi-Quan, LI  Xin-Li   

  1. (ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094)
  • Received:2011-07-04 Revised:2012-07-11 Online:2012-12-25 Published:2012-12-25

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摘要： 月面自动采样机构是月球探测的重要工具之一，对实现月壤采样起着关键作用，是中国月球探测任务中急需解决的关键问题。文章提出了一种用于深层月壤样品采集的、具有同轴双管单动钻具和柔性取样袋的钻取式自动采样机构设计方案，详细阐述了采样机构的功能、组成与原理。通过对采样过程的力学特性进行分析，得到钻杆螺旋叶片升角为14°、轴向进给速度为5.7 mm/s和回转角速度为13.1 rad/s时钻进效果最优；且为获取1 m深度月壤，钻杆直径不能小于7 mm。利用土力学仿真分析软件ABAQUS建立了月壤和钻具的力学模型，对钻具钻入月壤过程进行了动力学仿真，结果为钻进阻力约300 N、钻进阻力矩7.5 N·m.

关键词: 钻取, 采样机构, 月壤, 月球探测

Abstract: Automaticsamplingmechanismisoneoftheimportanttoolsforlunarexplorationsandplaysakeyroleinobtaininglunarsoilsamples.ThusautomaticsamplingtechniqueisakeytechniqueforChineselunarexplorationmission.Anautomaticdrillingsamplingmechanismschemewithcoaxialdouble-tubedrillsandaflexiblesamplebagpick-upwasputforwardfordeeplayerlunarsoilsampling.Thefunction,constructionandprincipleoftheautomaticdrillingsamplingmechanismweredescribedindetail.Byanalyzingthesamplingmechanicalproperty,theoptimizedresultsshowthatspiralangleis14°,axialspeedis5.7 mm/sandrotaryspeedoftheouterdrillis13.1 rad/s.Toobtainsoilfrom1 mdepth,thediameterofdrilltubecouldbebiggerthan7 mm.ThemechanicalmodelsforbothlunarsoilandthedrillwereestablishedbyABAQUSsoftware.Onthebasisofthesemodels,adynamicalsimulationfordrillingprocesswasperformed.Anaverageresistantforceisabout300 Nandanaverageresistanttorqueofthedrillis7.5N·m,whichprovidesimportantreferencesforengineeringdesignoftheautomaticdrillingsamplingmechanism.

Key words: Drilling, Samplingmechanism, Lunarsoil, Lunarexploration