小行星保留了太陽(yáng)系形成的早期信息,是人類研究太陽(yáng)系起源和演化的重要載體,小行星上具有豐富的物質(zhì)資源,從小行星上采集資源已經(jīng)成為人類可持續(xù)發(fā)展中資源獲取的一個(gè)重要途徑;目前世界上發(fā)射了多個(gè)探測(cè)器對(duì)小行星進(jìn)行探測(cè)采樣,其中羅塞塔號(hào)、奧西里斯號(hào)、隼鳥號(hào)和隼鳥2號(hào)代表人類進(jìn)行了一系列的采樣研究。在我國(guó)的小行星探測(cè)計(jì)劃中,主要針對(duì)2016 HO3小行星進(jìn)行探測(cè)采樣,該小行星直徑約38米,自轉(zhuǎn)速度較快,此外該小行星還具有微重力和地質(zhì)構(gòu)造不確定的特點(diǎn),我國(guó)計(jì)劃對(duì)其進(jìn)行附著采樣,所以在針對(duì)該小行星進(jìn)行采樣的過(guò)程中,主要的技術(shù)難點(diǎn)是解決采樣器如何能夠在微重力的條件下將不確定的地質(zhì)構(gòu)造變成散體進(jìn)行收集。目前人類已經(jīng)進(jìn)行了多次小行星采樣任務(wù),從采樣模式來(lái)看,應(yīng)該借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn),應(yīng)以一觸即分離的采樣模式為主,附著采樣為輔,沖擊碎巖（相當(dāng)于模擬爆破碎巖）具有安全性更高的優(yōu)勢(shì),更能將巖石沖碎或者將小行星表面風(fēng)化物濺射進(jìn)而達(dá)到收集小行星表面樣品的目的,本文提出了一種小行星沖擊碎巖器用于未來(lái)的小行星采樣。本文針對(duì)小行星沖擊碎巖器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),主要針對(duì)氣缸的參數(shù)和降低反作用力的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。碎巖器將小行星表面巖石... 

【文章來(lái)源】：北華航天工業(yè)學(xué)院河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

星塵探測(cè)器采樣狀態(tài)示意圖

小行星沖擊碎巖器設(shè)計(jì)分析與實(shí)驗(yàn)研究4圖1.1聶耳-舒梅克號(hào)探測(cè)器在愛(ài)神星上軟著陸及著落點(diǎn)圖像1.2.1.2星塵號(hào)星塵號(hào)是美國(guó)宇航局的“探索”計(jì)劃（DiscoveryProgram）任務(wù)之一[25-27]，1999年2月7日發(fā)射升空，2004年1月2日在距81P/Wild-2彗星彗核237±1km處飛過(guò)，2006年1月15日返回地球。“星塵”的主任務(wù)是采集彗星的揮發(fā)物質(zhì)和飛行過(guò)程中的宇宙物質(zhì)�！靶菈m”首次成功實(shí)現(xiàn)了彗星的采樣返回，獲取了不少于100萬(wàn)個(gè)顆粒，其中大于0.1mm的顆粒約10個(gè)，最大粒徑顆粒接近1mm，首次在彗星中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)物。星塵號(hào)獲取彗星粒子的方式如下，星塵號(hào)探測(cè)器通過(guò)高速飛掠與彗星粒子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)（相對(duì)速度6.1km/s），探測(cè)器伸出一個(gè)網(wǎng)球拍大小的塵埃采集器，捕獲高速飛來(lái)的粒子，如圖1.2所示。采集器中裝有氣凝膠，氣凝膠由輕量化多孔結(jié)構(gòu)的硅基固體材料組成，密度沿著粒子進(jìn)入的方向逐漸增大，粒子撞上氣凝膠后將逐漸減速到與采集器同樣大小，與采集器相對(duì)靜止而被采集器成功捕獲。塵埃采集器直接安裝在返回艙內(nèi)部，采樣時(shí)通過(guò)延伸鉸鏈探出返回艙，采樣完成后，可連同樣品通過(guò)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)直接收回至返回艙內(nèi)，直至返回器返回地面回收，如圖1.3所示。圖1.2星塵探測(cè)器采樣狀態(tài)示意圖圖1.3塵埃采集器展開(kāi)及在返回器內(nèi)的位置

北華航天工業(yè)學(xué)院碩士學(xué)位論文51.2.1.3隼鳥號(hào)為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)小行星，確定小行星礦物組成和化學(xué)成分，小行星探測(cè)發(fā)展到表面軟著陸和采樣返回階段。2003年5月9日，日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)JAXA(JapanAerospaceExplorationAgency)研制了一顆近地?zé)o人采樣返回小行星探測(cè)器隼鳥號(hào)Hayabusa，目標(biāo)小行星為25143（Itokawa，1998SF36），在2005年11月20日和26日，進(jìn)行了兩次樣品采集任務(wù)，成為人類第一個(gè)小行星采樣返回探測(cè)器[28]。該探測(cè)器采用接觸即分離形式進(jìn)行采樣[29]，如圖1.4所示。探測(cè)器與小行星表面接觸過(guò)程中，通過(guò)射彈撞擊小行星表面，造成表層土壤或巖塊發(fā)生顆粒濺射，濺射顆粒通過(guò)角形罩進(jìn)入樣品容器進(jìn)行存儲(chǔ)。Hayabusa采樣裝置主要由拋射器、錐形罩、可擴(kuò)展編織罩、金屬罩組成。拋射器可發(fā)射金屬射彈撞擊小行星表面，為提高可靠性，拋射器采用了三管設(shè)計(jì)，如圖1.5a）所示，Hayabusa金屬射彈采用稀有金屬鉭作為材料，質(zhì)量約為5g，運(yùn)行最大速度可達(dá)300m/s，射彈與小行星表面接觸面為半球形，如1.5b）所示，射彈誘發(fā)土壤顆粒濺射過(guò)程如圖1.6和圖1.7所示。Hayabusa采樣裝置與小行星表面接觸時(shí)，通過(guò)罩形結(jié)構(gòu)形成封閉環(huán)境，在防護(hù)探測(cè)器免受塵土污染的同時(shí)，確保濺射的顆粒物質(zhì)只能在金屬罩、擴(kuò)展編織罩、錐形罩內(nèi)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入樣品罐內(nèi)，并通過(guò)探測(cè)器內(nèi)轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)將樣品轉(zhuǎn)移至樣品容器中。根據(jù)JAXA公布的資料顯示，此次采樣獲取了約1500個(gè)顆粒樣本。圖1.4隼鳥號(hào)的接觸即走采樣方式示意a）拋射器示意圖b）射彈形狀示意圖

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本文編號(hào)：3387732