【摘要】：隨著深空探測(cè)的不斷深入,美國、日本等航天大國開展了諸多針對(duì)小行星的研究,小行星探測(cè)活動(dòng)已日益成為前沿?zé)狳c(diǎn)。小行星探測(cè)中,接觸式探測(cè)是人類感知小行星物質(zhì)最直接有效的手段。為了充分認(rèn)識(shí)小行星,需要進(jìn)行較為深層樣品的獲取和返回。我國正在積極開展小行星探測(cè)及采樣的研究工作,首選的探測(cè)目標(biāo)為小行星2016HO3,由于該小行星引力十分微弱,表面環(huán)境具有不確定性,對(duì)采樣具有極為苛刻的要求。超聲波鉆進(jìn)的反作用力小,可在小行星上有效的作業(yè),但是由于受到功耗的限制使得巖石樣品獲取量很少,且樣品多為粉末,不宜收集。為了獲得更多的樣品,本文提出了一種新的碎巖方法——超聲波鉆進(jìn)加超臨界流體膨脹碎巖法,先用超聲波鉆在巖石上打幾厘米深的孔,再將膨脹碎巖器插入到打好的巖石孔中進(jìn)行膨脹碎巖,可以在緊迫的資源下快速碎巖,以獲取較大量樣品。由于超聲鉆進(jìn)在國內(nèi)研究較多,技術(shù)較為成熟,而超臨界流體膨脹碎巖方法還未有人研究,因此本文主要研究超臨界流體膨脹碎巖方法。此方法利用超臨界流體具有溫度和壓力無限性的原理進(jìn)行碎巖,可破碎不同硬度的巖石。本文選擇了超臨界水作為膨脹介質(zhì),研究了超臨界水的熱力學(xué)特性,得到了超臨界水溫度、壓力和體積的量化關(guān)系;本文研究了膨脹碎巖方法中的加熱方式,考慮到能夠配合鉆具在旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行快速加熱,選擇了加熱效率高、加熱溫度易于控制的感應(yīng)加熱方式;本文設(shè)計(jì)了一種膨脹碎巖器,對(duì)其進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算,保證了加熱時(shí)儲(chǔ)水壓力容器的安全性和碎巖時(shí)的膨脹筒的無泄漏性;本文利用有限元軟件對(duì)儲(chǔ)水壓力容器進(jìn)行了應(yīng)力仿真,得到了計(jì)算壁厚下儲(chǔ)水壓力容器的應(yīng)力值,確保加熱時(shí)容器的安全性;本文利用有限元軟件對(duì)膨脹筒進(jìn)行了超塑變形仿真,實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度上的匹配設(shè)計(jì)。通過在模擬階段的仿真驗(yàn)證,能夠?qū)崿F(xiàn)人類認(rèn)知巖石硬度下可靠的碎巖,具有獲取樣品的能力。
【學(xué)位授予單位】：北華航天工業(yè)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P185.7;V476.4
【圖文】：

塔蒂斯小行星交會(huì)，并對(duì)圖塔蒂斯小行星進(jìn)行了的飛越探測(cè)，推動(dòng)了我國小行星深空探測(cè)領(lǐng)域的發(fā)已應(yīng)用的采樣方式有日本“隼鳥號(hào)”的拋射體濺射、日本“隼鳥 2 號(hào)”的炸藥撞擊加拋射體濺射采體化采樣。研究這四種針對(duì)小天體的采樣方式對(duì)有很大的研究?jī)r(jià)值。樣方式之前，需要對(duì)探測(cè)的目標(biāo)小行星進(jìn)行一定的的探測(cè)目標(biāo)小行星為 Itokawa 糸川小行星。該小行約 300m，自轉(zhuǎn)周期約 12.1h，引力只有地球的十。針對(duì)糸川小行星，“隼鳥號(hào)”探測(cè)器采用拋射體行星表面發(fā)射直徑約 1cm、質(zhì)量約為 5g、速度高后立即反彈，整個(gè)過程極為短暫，接觸時(shí)間大約 土壤或巖石碎片飛濺起來，進(jìn)入回收密封裝置[13]。力小行星，對(duì)探測(cè)器無反作用力，收集樣品時(shí)間短A 公布資料得知，該探測(cè)器約采集了 10mg 樣品返

行星快速膨脹碎巖方法研究探測(cè)器的探測(cè)目標(biāo)為彗星”探測(cè)器搭載了一套鉆取采示。SD2 采樣機(jī)構(gòu)運(yùn)用了確定深度下的樣品采集，速為 100~150 r /min，鉆進(jìn)釋放取芯管，然后再鉆進(jìn)圖 1.3 所示。當(dāng) SD2 采樣度約為 1mm/min。SD2 鉆mm3。

D2 采樣機(jī)構(gòu)如圖 1.2 所示。SD2 采樣機(jī)構(gòu)運(yùn)用了回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的工作方式，和采樣功能，能夠完成確定深度下的樣品采集，其采樣管的最大采樣。該鉆具的設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 100~150 r /min，鉆進(jìn)功耗為 4~8W，當(dāng)鉆具，鉆具將提升 1 mm 來釋放取芯管，然后再鉆進(jìn) 20s 后向上收回取芯管，具體采樣過程如下圖 1.3 所示。當(dāng) SD2 采樣機(jī)構(gòu)鉆進(jìn)堅(jiān)硬巖石時(shí)，可達(dá)到 220N，進(jìn)給速度約為 1mm/min。SD2 鉆取采樣裝置的反作用力，單次采樣量約為 40mm3。圖 1.2 SD2 采樣機(jī)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2749378