本書在鉆取采樣器研制理念與思想、設計、制造、試驗等方面全面描述了鉆取采樣器研制工作，對月球無人自主采樣系統構建、月面大力載千瓦級空間機電一體化設計技術、面臨干粉月壤保持層理填充技術瓶頸攻關、樣品收納的空間約束突破與解決，高適應性取芯鉆具設計、無人自主鉆進規程與策略設計、擬實月球環境鉆取采樣驗證技術等方面進行系統性闡述，以豐富和加深讀者對月球無人自主采樣器的了解與認識。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 月球采樣探測意義/1
1.1.1 推動月球科學發展/1
1.1.2 推動我國航天技術與深空探測采樣技術發展/1
1.1.3 維護中國月球權益/2
1.1.4 激發民族熱愛航天情懷/2
1.2 人類月球采樣活動/2
1.2.1 載人登月采樣活動/6
1.2.2 月球無人自主采樣活動/8
1.3 嫦娥五號無人自主采樣任務/12
1.3.1 采樣返回任務的科學目標/14
1.3.2 采樣返回任務的工程目標/15
1.3.3 鉆取采樣任務目標/15
1.3.4 鉆取采樣器研制歷程/15
1.4 章節安排概要/16
1.5 本章小結/18
參考文獻/18
第2章 月球環境與鉆取采樣任務20
2.1 月球環境/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 月壤化學成分與礦物組成/24
2.2.3 月壤基本物理力學性質/25
2.2.4 月巖的類型及力學性質/31
2.2.5 月巖的粒度分布特征/33
2.2.6 月巖物理力學性質/35
2.2.7 月球巖石與地球巖石的對比分析/38
2.3 鉆取月壤剖面及顆粒粒度/39
2.4 月球環境對鉆取采樣影響分析/42
2.4.1 低重力影響/42
2.4.2 風暴洋區月壤特性影響/42
2.5 月球環境對鉆取采樣器產品的影響/47
2.5.1 Apollo與Luna任務中的環境影響/47
2.5.2 真空、月壤鉆進切削熱特性/48
2.5.3 驅動機構方面/48
2.5.4 月球環境對取芯鉆具的影響/48
2.5.5 高真空度環境下的運動副潤滑/49
2.5.6 研磨性月塵的防護/49
2.5.7 基于樣品純凈性要求的防污染技術/49
2.5.8 信息與能量可靠傳輸/49
2.6 本章小結/50
參考文獻/50
第3章 月球樣品鉆進取芯與收納技術52
3.1 引言/52
3.2 保持月壤層理取芯技術/53
3.2.1 月球與地面鉆探取芯技術差異/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 樣品獲取與初級封裝方案/54
3.3 內翻式軟袋取芯技術原理/55
3.4 鉆取采樣面臨的問題/58
3.4.1 鉆進方面/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 鉆取采樣器關鍵技術概要/61
3.7 本章小結/63
參考文獻/64
第4章 月壤鉆取作用理論研究66
4.1 螺旋鉆進作用特性/66
4.1.1 薄壁螺旋鉆特點/66
4.1.2 厚壁螺旋鉆特點/67
4.2 月壤的力學特性描述模型/67
4.2.1 月壤的土力學描述/68
4.2.2 月壤的顆粒力學描述/69
4.3 經典月壤鉆進描述模型/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 月壤作用過程應力場/85
4.4.1 月壤鉆進孔底壓力與進芯關系/85
4.4.2 月壤鉆進取芯過程力載模型/90
4.5 基于離散元方法的鉆頭孔底應力場模擬/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 月壤鉆進取芯力載特性/96
4.5.4 月壤鉆進取芯過程力載、鉆進參數及取樣率關聯關系/101
4.6 本章小結/103
參考文獻/104
第5章 鉆取采樣系統總體技術105
5.1 引言/105
5.2 總體設計難點分析與設計準則/105
5.2.1 難點分析/105
5.2.2 設計準則/107
5.3 任務需求、約束與工作剖面分析/109
5.3.1 任務需求/109
5.3.2 接口要求/109
5.3.3 壽命剖面分析/109
5.3.4 任務剖面分析/110
5.3.5 環境剖面分析/110
5.3.6 功能要求分析/111
5.4 系統功能組成與工作原理/112
5.4.1 總體布局與構型設計/115
5.4.2 系統工作流程/117
5.4.3 工作模式設計/118
5.5 大跨度輕質高剛性結構設計/119
5.6 采樣器的結構動力學特性/120
5.7 主結構力學分析/122
5.7.1 懸臂圓筒式主結構/122
5.7.2 分析預示與振動試驗/127
5.7.3 總體指標與指標分解/131
5.7.4 柔性大行程進給驅動指標分解/132
5.8 月面鉆進規程設計/133
5.8.1 安全有效鉆進與可靠取芯/133
5.8.2 在線辨識及參數集狀態預估原則/133
5.8.3 鉆進規程研究方法/134
5.8.4 鉆取采樣感知參數集的建立與應用/134
5.8.5 不確定月壤剖面的包絡性試驗矩陣/134
5.8.6 鉆進規程總體框架/136
5.8.7 月壤鉆進流程/136
5.8.8 月壤鉆進階段規程/137
5.8.9 不同月壤鉆進參數搜索與匹配算法/139
5.9 本章小結/142
參考文獻/143
第6章 鉆取采樣系統關鍵部組件設計技術144
6.1 引言/144
6.2 鉆取采樣器機械系統及部組件分解/144
6.2.1 鉆進取芯驅動機構設計/146
6.2.2 樣品提芯、整形、分離與傳送設計/164
6.2.3 避讓展開機構設計/174
6.2.4 取芯鉆具設計/182
6.2.5 月壤取芯鉆具設計理念/183
6.2.6 鉆具設計/191
6.2.7 樣品取芯軟袋設計/194
6.2.8 高可靠隨動封口設計/195
6.2.9 鉆桿動力學分析/201
6.3 驅動控制與傳感測量設計/206
6.3.1 鉆取采樣器控制原理/206
6.3.2 供電轉換及大功率逆變技術/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保護策略/215
6.4 本章小結/217
參考文獻/218
第7章 擬實專項研究及在軌應用220
7.1 試驗設備/220
7.1.1 鉆具綜合性能測試設備/221
7.1.2 取芯性能測試設備/222
7.2 專項研究一：鉆取用模擬月壤研制/226
7.2.1 國內外模擬月壤研究現狀/226
7.2.2 月壤物理力學特性對鉆取采樣的影響分析/228
7.2.3 鉆取月壤特性與指標/229
7.2.4 鉆取用模擬月壤的研制準則與需求/232
7.2.5 模擬月壤組構單元等效性分析/242
7.3 專項研究二：采樣器鉆進熱特性研究/248
7.3.1 能量傳遞途徑及熱風險分析/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方法/253
7.3.4 模擬試驗技術方案/256
7.3.5 鉆進熱特性試驗結果分析/266
7.4 專項研究三：鉆進規程與鉆進策略試驗研究/273
7.4.1 鉆進規程與鉆進策略試驗研究/273
7.4.2 試驗結果的討論與分析/284
7.4.3 鉆進規程形成與設計/291
7.4.4 鉆進規程有效性驗證與優化/292
7.4.5 鉆進策略及解決預案驗證/295
7.4.6 地月貫通智能鉆進策略/303
7.5 試驗驗證/309
7.5.1 避讓展開機構試驗驗證/309
7.5.2 鉆取采樣系統擬實環境功能、性能檢測與驗證/311
7.6 在軌工作情況/316
7.6.1 飛控準備/316
7.6.2 月面工作/316
7.7 本章小結/322
參考文獻/323
后記325
編后328
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