【摘要】：小行星形成于太陽系初期,保留了太陽系形成初期物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì),同時蘊藏著豐富的礦物資源,因此近年來,國際上掀起了對小行星探測的熱潮,日本和美國相繼開展了小行星表面采樣探測任務(wù)。由于小行星表面引力微弱、形貌特征復(fù)雜、表面物質(zhì)強度未知,小行星探測器多采用“一觸即離”方式獲取樣品,雖然可以成功獲得小行星表層及次表層的物質(zhì)樣品,但樣品量較少,科學(xué)研究意義受到限制。為獲得足夠的小行星表層及次表層物質(zhì),探測器需長時間在小行星表面錨固以達到采樣并返回地球的目的。本文將以我國的小行星探測任務(wù)需求為牽引,結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有的弱引力錨固技術(shù)方面的研究成果,完成小行星探測器錨固裝置的方案設(shè)計和樣機研制,并利用離散單元法對錨固力的影響因素進行仿真分析,最后通過試驗驗證錨固裝置的可行性。根據(jù)已開展的對小行星的地面觀測和著陸探測研究結(jié)果,確定小行星表面的形貌特征、星壤強度、溫度變化范圍以及引力等環(huán)境條件,并提出錨固裝置的功能要求;對目前國內(nèi)外弱引力下探測器錨固方案進行對比分析及優(yōu)選,并完成小行星探測器錨固方案的構(gòu)型設(shè)計。在錨固裝置方案設(shè)計的基礎(chǔ)上,對小行星探測器錨固裝置的機械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)進行詳細(xì)設(shè)計,并完成小行星探測器錨固裝置原理樣機的研制。利用Box-Behnken方法在EDEM中設(shè)計虛擬物料堆積實驗,匹配錨固介質(zhì)顆粒間的摩擦因數(shù)、恢復(fù)系數(shù);通過虛擬單軸壓縮試驗,獲得抗壓強度不同的兩種模擬風(fēng)化層材料的黏結(jié)接觸模型參數(shù);開展錨固介質(zhì)材料、錨固角度、錨固深度對錨固力影響的離散元仿真研究,分析錨固介質(zhì)強度、錨固角度、錨固深度對錨固力的影響規(guī)律。搭建了錨固力測量試驗臺,開展錨固裝置在不同錨固介質(zhì)表面、不同錨固角度、不同錨固時間條件下的錨固試驗,驗證了所研制的錨固裝置工作的可行性。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文了應(yīng)對 67P 彗星表面微弱的引力和未知的風(fēng)化層強度，“羅塞塔”號帶的小型登陸器“菲萊”采用了“冰螺釘”與“魚叉式”錨組合的錨“菲萊”與彗星表面接觸時，“冰螺釘”在慣性作用下推入彗星表面供初始錨固力，如圖 1-3(a)所示�！棒~叉式”錨則在探測器登陸后自動器固定在彗星表面，如圖 1-3(b)所示�！氨葆敗睙o法穿透堅硬的材式”錨在松軟的材料中無法提供足夠的錨固力。

”錨在松軟的材料中無法提供足夠的錨固力。(a) “冰螺釘” (b) “魚叉式”錨圖 1-3 “菲萊”探測器錨固裝置[19]證探測器錨固的可靠性，“菲萊”攜帶了兩個設(shè)計有可伸縮倒刺其中一個“魚叉式”錨作為備份[34]�！棒~叉式”錨由魚叉、火工發(fā)繞機構(gòu)組成，如圖 1-4 所示。在魚叉射入彗星表面后，纏繞機構(gòu)部的線纜在 8 s 內(nèi)張緊至 30 N，使探測器固定在彗星表面[35,36]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V476.4

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本文編號：2697974