CN104458317A - 微弱引力天体岩石骤冷采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微弱引力天体的岩石骤冷采样方法，包括：步骤S1，探测器上的骤冷剂喷射装置接近目标天体上的采样点；步骤S2，骤冷剂喷射装置喷洒骤冷剂导致采样点的岩石破碎；步骤S3，将采样点的碎石收集到探测器的样品舱内。本发明利用岩石在高温情况下突然使其急剧降温会发生剧烈“冷缩”效应而产生的巨大内应力，导致岩石破裂。从而方便进一步小行星岩石样本的获取。在采样过程中无须对其施加过大的作用力，因此满足在小行星附近微弱引力环境下使用。

Description

微弱引力天体岩石骤冷采样方法

技术领域

本发明属于宇航技术及外空间岩石采样技术领域，特别涉及一种适用于小行星等微弱引力地外天体上使用的微弱引力天体的岩石骤冷采样方法。 

背景技术

岩石采样是在星际探测航天器上使用的一项常用技术，其目的是将地外天体的岩石样品从完整的岩石上取下收回探测航天器。在太阳系的大行星上，由于大行星的表面引力比较大，探测器在其表面有较大的重力，因此可以有效地使用钻探的方式获取较为深层的岩石样品，另外大行星表面都附着有大气层，其表面固态物质大部分以风化层态分布，便于探测器获取样品。 

但是小行星等小型天体的情况则与大行星有很大的不同，小行星中的绝大部分直径都不超过10km，其中很多甚至只有数百米的尺度，在其表面引力极为微弱，所以探测器很难依靠自身重力给岩石采样钻头施加足够的钻探压力，在大星体上常用的钻探采样技术在小天体上并不适用。 

目前世界上已经进行过小行星目标采样的探测器只有日本的“隼鸟号”。该探测器采用的采样方法是用从探测器本体发射一枚高速弹丸击碎岩石，并用专门研制的碎石收集罩来收集弹丸迸溅起的岩石碎渣。“隼鸟号”在实际探测过程中弹丸发射失败，但是“隼鸟号”的样品返回舱还是带回了总质量约1.5毫克的岩石微粒，这是小行星表面存在尘埃态风化层的证据。但根据“隼鸟号”在研制过程中地面模拟试验的结果来看，采用高速弹丸迸溅碎石的方法即使成功也最多只能采集到数百毫克的岩石样品，采样效率很低。 

发明内容

本发明要解决现有技术中的天体岩石采样方法难以应用到微弱引力的小型天体的技术问题。 

本发明的技术方案为：一种天体岩石骤冷采样方法，包括：步骤S1，探测器上的骤冷剂喷射装置接近目标天体上的采样点；步骤S2，骤冷剂喷射装置喷洒骤冷剂导致采样点的岩石破碎；步骤S3，将采样点的碎石收集到探测器的样品舱内。 

进一步地，在步骤S1之前包括：步骤S11，姿轨控系统控制探测器接近目标天体。 

进一步地，步骤S1之前包括：步骤S12，使用近距离宽视场视频相机观察目标天体，选择采样点。 

进一步地，在步骤S12之后，步骤S1之前包括：步骤S13，利用非接触式测温仪对多个选定的采样点进行测温。 

进一步地，在步骤S13之后包括：步骤S14，若采样点温度均未达到要求的采样温度时，对采样点实施加热。 

进一步地，步骤S14中，采用高能激光加热装置对采样点实施加热。 

进一步地，骤冷剂为液化惰性气体。 

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明利用岩石在高温情况下突然使其急剧降温会发生剧烈“冷缩”效应而产生的巨大内应力，导致岩石破裂。从而方便进一步小行星岩石样本的获取。在采样过程中无须对其施加过大的作用力，也不必借助重力，因此满足在小行星附近微弱引力环境下使用的需要。 

附图说明

图1示出了本发明的天体岩石骤冷采样方法的工作流程图。 

具体实施方式

本发明涉及的技术为星际探测器在目标天体上采样的技术。 

本发明的技术解决方案为：采用岩石骤冷采样技术进行采样，综合利用小行星探测器上的载荷设备，选取小行星表面温度较高的区域，如果区域内岩石温度无法达到采样需求，则可考虑在特定点位采用激光等加热手段对选 定位置进行专门加热。然后在选定的位置上喷洒大量岩石骤冷剂，使其发生碎裂。最后再用碎石收集装置将碎石样本收集到探测器的样品舱内。 

本发明方案的原理是：构成小行星星体的主要是岩石，属于脆性材料物质，该类物质的抗拉强度较低，并且具有“热胀冷缩”的热力学特性。对一块温度较高的岩石喷洒骤冷剂，会导致岩石的局部温度急剧降低，并且温度在短时间内难以达到平衡，这样会导致周围的岩石温度高，处于较高的热膨胀态，而局部的岩石温度低，处于冷缩态。在不同的温度状态的岩石间则会产生巨大的温差内应力，当这一内应力超过岩石的破坏极限强度时，就会导致岩石的碎裂。 

本发明可应用于小行星的岩石采样应用中，在实施过程无需对岩石本体施加很大的机械作用力，能够在小型天体附近的微弱引力环境中很好地完成采样任务，适用于小行星附近极微弱的引力环境下的采样任务需求。 

本技术对岩石施加骤冷作用的岩石骤冷剂将采用液氦等极低温的液化惰性气体。该类气体具有稳定的化学特性，在其挥发过程中只会对岩石样品施加急剧降温的物理作用，不会产生其他化学反应，能够很好地保持小行星岩石样品的原始物质特性。 

本发明的一个实施例的方法的小行星探测器上装有以下种类的设备： 

1.近距离宽视场视频相机。(该视频相机用于观察环境，选择采样点) 

2.非接触式测温仪。(用于对采样目标点进行测温) 

3.具有自主控制能力的探测器姿轨控分系统。(用于探测器在目标星周围相对位置的自主控制) 

4.高能激光加热装置。(当采样目标点温度不够高时，对目标点进行加热) 

5.骤冷剂储存及喷射装置。(用于对采样目标点的岩石实施骤冷破碎作业) 

6.碎石采集装置。(最终实现将岩石样品的采样收集) 

参见图1所示的小行星岩石采样工作流程，本发明的一个实施例的方法包括：1、在小行星探测器开始实施采样任务后，由姿轨控(姿态轨道控制)系统控制探测器接近目标星。2、在到达与目标星合适的距离后，使用近距离宽视场视频相机观察目标星，选择采样点。3、利用非接触式测温仪对多个选定的采样目标点进行测温，若采样点温度均未达到要求的采样温度时，可以采用高能激光加热装置对采样点实施加热。4、若有采样点温度满足要求后，则可进入下一步环节，探测器在姿轨控系统的控制下使探测器的骤冷剂喷口抵近采样点，然后骤冷剂喷射装置喷洒足够量的骤冷剂导致采样点岩石的破碎。5、最后由碎石采集装置将采样点的碎石收集到探测器的样品舱内。 

Claims (7)

1.一种微弱引力天体的岩石骤冷采样方法，其特征在于，包括：

步骤S1，探测器上的骤冷剂喷射装置接近目标天体上的采样点；

步骤S2，所述骤冷剂喷射装置喷洒骤冷剂导致所述采样点的岩石破碎；

步骤S3，将所述采样点的碎石收集到所述探测器的样品舱内。

2.根据权利要求1所述的微弱引力天体的岩石骤冷采样方法，其特征在于：

在步骤S1之前包括：步骤S11，姿轨控系统控制所述探测器接近所述目标天体。

3.根据权利要求1或2所述的微弱引力天体岩石骤冷采样方法，其特征在于：

在步骤S1之前包括：步骤S12，使用近距离宽视场视频相机观察所述目标天体，选择所述采样点。

4.根据权利要求3所述的微弱引力天体的岩石骤冷采样方法，其特征在于：

在步骤S12之后，步骤S1之前包括：步骤S13，利用非接触式测温仪对多个选定的所述采样点进行测温。

5.根据权利要求4所述的微弱引力天体的岩石骤冷采样方法，其特征在于，：

在步骤S13之后包括：步骤S14，若所述采样点温度均未达到要求的采样温度时，对所述采样点实施加热。

6.根据权利要求5所述的微弱引力天体的岩石骤冷采样方法，其特征在于，步骤S14中，采用高能激光加热装置对采样点实施加热。

7.根据权利要求1所述的微弱引力天体的岩石骤冷采样方法，其特征在于，所述骤冷剂为液化惰性气体。