目錄
第1章 緒論 1
1.1 月球采樣探測意義/1
1.1.1 推動(dòng)月球科學(xué)發(fā)展/1
1.1.2 推動(dòng)我國航天技術(shù)與深空探測采樣技術(shù)發(fā)展/1
1.1.3 維護(hù)中國月球權(quán)益/2
1.1.4 激發(fā)民族熱愛航天情懷/2
1.2 人類月球采樣活動(dòng)/2
1.2.1 載人登月采樣活動(dòng)/6
1.2.2 月球無人自主采樣活動(dòng)/8
1.3 嫦娥五號(hào)無人自主采樣任務(wù)/12
1.3.1 采樣返回任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)/14
1.3.2 采樣返回任務(wù)的工程目標(biāo)/15
1.3.3 鉆取采樣任務(wù)目標(biāo)/15
1.3.4 鉆取采樣器研制歷程/15
1.4 章節(jié)安排概要/16
1.5 本章小結(jié)/18
參考文獻(xiàn)/18
第2章 月球環(huán)境與鉆取采樣任務(wù)20
2.1 月球環(huán)境/20
2.1.1 月表溫度分布/20
2.1.2 月球熱流情況/21
2.1.3 月球低重力、高真空環(huán)境/21
2.1.4 月面靜電、輻照與月塵/22
2.1.5 月球地貌特征/23
2.2 月壤/24
2.2.1 月壤的形成與演化/24
2.2.2 月壤化學(xué)成分與礦物組成/24
2.2.3 月壤基本物理力學(xué)性質(zhì)/25
2.2.4 月巖的類型及力學(xué)性質(zhì)/31
2.2.5 月巖的粒度分布特征/33
2.2.6 月巖物理力學(xué)性質(zhì)/35
2.2.7 月球巖石與地球巖石的對(duì)比分析/38
2.3 鉆取月壤剖面及顆粒粒度/39
2.4 月球環(huán)境對(duì)鉆取采樣影響分析/42
2.4.1 低重力影響/42
2.4.2 風(fēng)暴洋區(qū)月壤特性影響/42
2.5 月球環(huán)境對(duì)鉆取采樣器產(chǎn)品的影響/47
2.5.1 Apollo與Luna任務(wù)中的環(huán)境影響/47
2.5.2 真空、月壤鉆進(jìn)切削熱特性/48
2.5.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)方面/48
2.5.4 月球環(huán)境對(duì)取芯鉆具的影響/48
2.5.5 高真空度環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)副潤滑/49
2.5.6 研磨性月塵的防護(hù)/49
2.5.7 基于樣品純凈性要求的防污染技術(shù)/49
2.5.8 信息與能量可靠傳輸/49
2.6 本章小結(jié)/50
參考文獻(xiàn)/50
第3章 月球樣品鉆進(jìn)取芯與收納技術(shù)52
3.1 引言/52
3.2 保持月壤層理取芯技術(shù)/53
3.2.1 月球與地面鉆探取芯技術(shù)差異/53
3.2.2 Apollo與Luna采樣/53
3.2.3 月壤取芯與收納問題/54
3.2.4 樣品獲取與初級(jí)封裝方案/54
3.3 內(nèi)翻式軟袋取芯技術(shù)原理/55
3.4 鉆取采樣面臨的問題/58
3.4.1 鉆進(jìn)方面/58
3.4.2 取芯方面/59
3.4.3 可靠封口方面/59
3.4.4 樣品回收方面/59
3.5 采樣量影響因素分析/60
3.6 鉆取采樣器關(guān)鍵技術(shù)概要/61
3.7 本章小結(jié)/63
參考文獻(xiàn)/64

第4章 月壤鉆取作用理論研究66
4.1 螺旋鉆進(jìn)作用特性/66
4.1.1 薄壁螺旋鉆特點(diǎn)/66
4.1.2 厚壁螺旋鉆特點(diǎn)/67
4.2 月壤的力學(xué)特性描述模型/67
4.2.1 月壤的土力學(xué)描述/68
4.2.2 月壤的顆粒力學(xué)描述/69
4.3 經(jīng)典月壤鉆進(jìn)描述模型/71
4.3.1 月壤切削解析模型/71
4.3.2 鉆取月壤臨界轉(zhuǎn)速解析模型/76
4.3.3 月壤與鉆具作用解析描述/77
4.4 月壤作用過程應(yīng)力場/85
4.4.1 月壤鉆進(jìn)孔底壓力與進(jìn)芯關(guān)系/85
4.4.2 月壤鉆進(jìn)取芯過程力載模型/90
4.5 基于離散元方法的鉆頭孔底應(yīng)力場模擬/92
4.5.1 離散元建模仿真分析方法/92
4.5.2 月壤鉆取過程離散元建模仿真分析/94
4.5.3 月壤鉆進(jìn)取芯力載特性/96
4.5.4 月壤鉆進(jìn)取芯過程力載、鉆進(jìn)參數(shù)及取樣率關(guān)聯(lián)關(guān)系/101
4.6 本章小結(jié)/103
參考文獻(xiàn)/104

第5章 鉆取采樣系統(tǒng)總體技術(shù)105
5.1 引言/105
5.2 總體設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則/105
5.2.1 難點(diǎn)分析/105
5.2.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則/107
5.3 任務(wù)需求、約束與工作剖面分析/109
5.3.1 任務(wù)需求/109
5.3.2 接口要求/109
5.3.3 壽命剖面分析/109
5.3.4 任務(wù)剖面分析/110
5.3.5 環(huán)境剖面分析/110
5.3.6 功能要求分析/111
5.4 系統(tǒng)功能組成與工作原理/112
5.4.1 總體布局與構(gòu)型設(shè)計(jì)/115
5.4.2 系統(tǒng)工作流程/117
5.4.3 工作模式設(shè)計(jì)/118
5.5 大跨度輕質(zhì)高剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/119
5.6 采樣器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性/120
5.7 主結(jié)構(gòu)力學(xué)分析/122
5.7.1 懸臂圓筒式主結(jié)構(gòu)/122
5.7.2 分析預(yù)示與振動(dòng)試驗(yàn)/127
5.7.3 總體指標(biāo)與指標(biāo)分解/131
5.7.4 柔性大行程進(jìn)給驅(qū)動(dòng)指標(biāo)分解/132
5.8 月面鉆進(jìn)規(guī)程設(shè)計(jì)/133
5.8.1 安全有效鉆進(jìn)與可靠取芯/133
5.8.2 在線辨識(shí)及參數(shù)集狀態(tài)預(yù)估原則/133
5.8.3 鉆進(jìn)規(guī)程研究方法/134
5.8.4 鉆取采樣感知參數(shù)集的建立與應(yīng)用/134
5.8.5 不確定月壤剖面的包絡(luò)性試驗(yàn)矩陣/134
5.8.6 鉆進(jìn)規(guī)程總體框架/136
5.8.7 月壤鉆進(jìn)流程/136
5.8.8 月壤鉆進(jìn)階段規(guī)程/137
5.8.9 不同月壤鉆進(jìn)參數(shù)搜索與匹配算法/139
5.9 本章小結(jié)/142
參考文獻(xiàn)/143
第6章 鉆取采樣系統(tǒng)關(guān)鍵部組件設(shè)計(jì)技術(shù)144
6.1 引言/144
6.2 鉆取采樣器機(jī)械系統(tǒng)及部組件分解/144
6.2.1 鉆進(jìn)取芯驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)/146
6.2.2 樣品提芯、整形、分離與傳送設(shè)計(jì)/164
6.2.3 避讓展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)/174
6.2.4 取芯鉆具設(shè)計(jì)/182
6.2.5 月壤取芯鉆具設(shè)計(jì)理念/183
6.2.6 鉆具設(shè)計(jì)/191
6.2.7 樣品取芯軟袋設(shè)計(jì)/194
6.2.8 高可靠隨動(dòng)封口設(shè)計(jì)/195
6.2.9 鉆桿動(dòng)力學(xué)分析/201
6.3 驅(qū)動(dòng)控制與傳感測量設(shè)計(jì)/206
6.3.1 鉆取采樣器控制原理/206
6.3.2 供電轉(zhuǎn)換及大功率逆變技術(shù)/209
6.3.3 無人自主鉆取信息流/213
6.3.4 傳感測量方案與系統(tǒng)保護(hù)策略/215
6.4 本章小結(jié)/217
參考文獻(xiàn)/218
第7章 擬實(shí)專項(xiàng)研究及在軌應(yīng)用220
7.1 試驗(yàn)設(shè)備/220
7.1.1 鉆具綜合性能測試設(shè)備/221
7.1.2 取芯性能測試設(shè)備/222
7.2 專項(xiàng)研究一：鉆取用模擬月壤研制/226
7.2.1 國內(nèi)外模擬月壤研究現(xiàn)狀/226
7.2.2 月壤物理力學(xué)特性對(duì)鉆取采樣的影響分析/228
7.2.3 鉆取月壤特性與指標(biāo)/229
7.2.4 鉆取用模擬月壤的研制準(zhǔn)則與需求/232
7.2.5 模擬月壤組構(gòu)單元等效性分析/242
7.3 專項(xiàng)研究二：采樣器鉆進(jìn)熱特性研究/248
7.3.1 能量傳遞途徑及熱風(fēng)險(xiǎn)分析/249
7.3.2 月壤／月巖熱物性與鉆取熱模型/249
7.3.3 測試需求分析與試驗(yàn)方法/253
7.3.4 模擬試驗(yàn)技術(shù)方案/256
7.3.5 鉆進(jìn)熱特性試驗(yàn)結(jié)果分析/266
7.4 專項(xiàng)研究三：鉆進(jìn)規(guī)程與鉆進(jìn)策略試驗(yàn)研究/273
7.4.1 鉆進(jìn)規(guī)程與鉆進(jìn)策略試驗(yàn)研究/273
7.4.2 試驗(yàn)結(jié)果的討論與分析/284
7.4.3 鉆進(jìn)規(guī)程形成與設(shè)計(jì)/291
7.4.4 鉆進(jìn)規(guī)程有效性驗(yàn)證與優(yōu)化/292
7.4.5 鉆進(jìn)策略及解決預(yù)案驗(yàn)證/295
7.4.6 地月貫通智能鉆進(jìn)策略/303
7.5 試驗(yàn)驗(yàn)證/309
7.5.1 避讓展開機(jī)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證/309
7.5.2 鉆取采樣系統(tǒng)擬實(shí)環(huán)境功能、性能檢測與驗(yàn)證/311
7.6 在軌工作情況/316
7.6.1 飛控準(zhǔn)備/316
7.6.2 月面工作/316
7.7 本章小結(jié)/322
參考文獻(xiàn)/323
后記325
編后328