CN111122213A - 一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器 - Google Patents

Abstract

一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，属于小行星探测采样技术领域。本发明解决了现有的行星表面星壤采样器缺少导向作用，使得所采样品的运动轨迹不易控制，并且采样器功耗大的问题。气瓶、进尺机构以及返回舱分别固定在探测器主体上，采样机构与样品容器通过送样管道连通，罩体的顶部与送样管道连通，两个外转子储能电机对应通过两个电机座固定在罩体内，两个盘刀对应同轴固接在两个外转子储能电机上，若干上喷嘴插设在罩体的上部侧壁且与罩体内腔贯通，若干下喷嘴插设在罩体的下部侧壁且与罩体内腔贯通，每个喷嘴分别通过气压管与气瓶连通。

Description

一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器

技术领域

本发明涉及一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，属于小行星探测采样技术领域。

背景技术

探测小行星并获取其表面星壤样品，有助于研究小行星的物质组成，对探索太阳系的起源和开发太空资源具有重要的意义。小行星按其组成的物质分类，有碳质小行星、硅质小行星及金属质小行星，其岩石的硬度不同。受太空风化作用的影响，小行星表面形貌复杂，岩石的形态各异、粒径大小不一，因此采样器需具有对不同星壤的适应能力。现有技术中因小行星表面为微引力环境，采样过程中，样品的运动轨迹不易控制，采样器缺少一定的导向功能。此外，现有的采样器功耗大，而在太空能量供给有限，不便于星壤的采集。目前，有采样任务的小行星探测器并返回地球的有日本的隼鸟1号，其采样器原理是内部发射一个金属球使小行星表面星壤溅起，使用喇叭状的取样装置收集样品，但由于装置失效，未能按计划完成采样任务。

发明内容

本发明是为了解决现有的行星表面星壤采样器缺少导向作用，使得所采样品的运动轨迹不易控制，并且采样器功耗大的问题，进而提供了一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，它包括探测器主体以及支撑探测器主体的机械臂，它还包括送样管道、气瓶、进尺机构、采样机构、返回舱以及样品容器，气瓶、进尺机构以及返回舱分别固定在探测器主体上，所述样品容器设置在返回舱内，采样机构与样品容器通过送样管道连通，进尺机构通过送样管道带动采样机构实现直线进给运动，所述采样机构包括罩体、两个外转子储能电机、两个盘刀、两个电机座、若干上喷嘴、若干下喷嘴以及若干气压管，罩体的顶部与送样管道连通，两个外转子储能电机对应通过两个电机座固定在罩体内，两个盘刀对应同轴固接在两个外转子储能电机上，若干上喷嘴插设在罩体的上部侧壁且与罩体内腔贯通，若干下喷嘴插设在罩体的下部侧壁且与罩体内腔贯通，每个喷嘴分别通过气压管与气瓶连通。

进一步地，所述进尺机构包括机架、进尺电机、齿轮、齿条及若干滚轮，所述机架固定在探测器主体上，若干滚轮设置在送样管道的两侧且均转动连接在机架上，进尺电机水平固接在机架上，且齿轮同轴固接在进尺电机的输出轴上，齿条沿送样管道长度方向固接在送样管道的侧壁上，齿轮与齿条啮合。

进一步地，滚轮的数量至少为四个，且两两对称布置。

进一步地，所述送样管道包括送样软管和送样刚管，其中送样刚管与样品容器通过送样软管连通，送样刚管上远离送样软管的一端与罩体连通，若干滚轮设置在送样刚管的两侧。

进一步地，两个盘刀关于送样管道中心轴线对称设置，且旋转方向为向内相对旋转。

进一步地，一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，它还包括分流阀，所述分流阀固接在送样管道上，分流阀与气瓶之间通过一根气压管连通，分流阀与若干上喷嘴及若干下喷嘴之间各通过一根气压管连通。

进一步地，一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，它还包括通过一根气压管连通的两个分流阀，两个所述分流阀分别固接在送样管道及罩体上，其中一个分流阀与气瓶之间通过一根气压管连通，且该一个分流阀与若干上喷嘴之间各通过一根气压管连通，另一个分流阀与若干下喷嘴之间各通过一根气压管连通。

进一步地，上喷嘴的数量以及下喷嘴的数量分别为两个。

进一步地，气瓶中的气体为惰性气体。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

一、使用盘刀采样，适用于切削不同形态、粒径及硬度的岩石，适应多种表面形貌的能力强；

二、采用外转子储能电机驱动盘刀高速旋转，利用盘刀高速旋转时的大惯量进行切削，降低装置功耗；

三、使用气体将样品送至样品容器，结构简单，收集效率高，且返回舱内无送样机构，有效减小返回舱的质量。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为进尺机构的结构示意图；

图3为采样机构的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～3说明本实施方式，一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，它包括探测器主体1以及支撑探测器主体1的机械臂7，它还包括送样管道、气瓶4、进尺机构5、采样机构6、返回舱8以及样品容器9，气瓶4、进尺机构5以及返回舱8分别固定在探测器主体1上，所述样品容器9设置在返回舱8内，采样机构6与样品容器9通过送样管道连通，进尺机构5通过送样管道带动采样机构6实现直线进给运动，所述采样机构6包括罩体6‐3、两个外转子储能电机6‐6、两个盘刀6‐7、两个电机座6‐8、若干上喷嘴6‐2、若干下喷嘴6‐5以及若干气压管6‐4，罩体6‐3的顶部与送样管道连通，两个外转子储能电机6‐6对应通过两个电机座6‐8固定在罩体6‐3内，两个盘刀6‐7对应同轴固接在两个外转子储能电机6‐6上，若干上喷嘴6‐2插设在罩体6‐3的上部侧壁且与罩体6‐3内腔贯通，若干下喷嘴6‐5插设在罩体6‐3的下部侧壁且与罩体6‐3内腔贯通，每个喷嘴分别通过气压管6‐4与气瓶4连通。

探测器主体1通过机械臂7着陆于小行星表面。外转子储能电机6‐6的外转子与盘刀6‐7连接，驱动盘刀6‐7高速转动，切削大块岩石并扫起碎石。下喷嘴6‐5布置于罩体6‐3的下边沿，吹出气体在罩体6‐3的引流作用下，将样品送至罩体6‐3顶部的窄口处，上喷嘴6‐2布置于窄口处吹气，使样品加速。进尺机构5为盘刀6‐7提供切削进给力，盘刀6‐7高速旋转，切削星壤并扫起碎石。上喷嘴6‐2和下喷嘴6‐5均为气体喷嘴，通过气瓶4提供气体，在采样机构6中的罩体6‐3的导流下，气体沿送样管道将样品送至样品容器9，完成送样。上喷嘴6‐2的数量和下喷嘴6‐5的数量均至少为两个。罩体6‐3作流线型设计，具有引流导向作用，喷嘴呈上下层布置，即分为上喷嘴6‐2和下喷嘴6‐5，有助于被打扫起的碎石进入送样管道，提高收集率。返回舱作为样品收集完成后返回地球的载体。

本发明结构简单可靠、低功耗、采样效率高，能适应小行星复杂表面形貌及微引力环境。

所述进尺机构5包括机架5‐1、进尺电机5‐3、齿轮5‐4、齿条5‐5及若干滚轮5‐2，所述机架5‐1固定在探测器主体1上，若干滚轮5‐2设置在送样管道的两侧且均转动连接在机架5‐1上，进尺电机5‐3水平固接在机架5‐1上，且齿轮5‐4同轴固接在进尺电机5‐3的输出轴上，齿条5‐5沿送样管道长度方向固接在送样管道的侧壁上，齿轮5‐4与齿条5‐5啮合。在若干滚轮5‐2的约束下，进尺电机5‐3通过齿轮5‐4齿条5‐5机构实现送样管道及采样机构6的直线进给运动。每个轴心固定于机架5‐1上，送样管道被夹在两侧滚轮5‐2之间，约束送样管道作直线运动。滚轮5‐2的数量应大于或等于两对。进尺电机5‐3的输出轴与齿轮5‐4之间可通过紧定螺钉方式连接，齿条5‐5可通过螺钉与送样管道连接。

滚轮5‐2的数量至少为四个，且两两对称布置。

所述送样管道包括送样软管2和送样刚管3，其中送样刚管3与样品容器9通过送样软管2连通，送样刚管3上远离送样软管2的一端与罩体6‐3连通，若干滚轮5‐2设置在送样刚管3的两侧。送样软管2与样品容器9连接，送样软管2保证送样刚管3具有运动自由度；送样刚管3与罩体6‐3连接，并被置于进尺机构5上，保证进给刚度。送样刚管3做竖直方向的直线运动。

若干滚轮5‐2对称设置在送样管道的两侧。

两个盘刀6‐7关于送样管道中心轴线对称设置，且旋转方向为向内相对旋转。两个盘刀6‐7对称向内高速旋转，以扫起碎石。

一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，它还包括分流阀6‐1，所述分流阀6‐1固接在送样管道上，分流阀6‐1与气瓶4之间通过一根气压管6‐4连通，分流阀6‐1与若干上喷嘴6‐2及若干下喷嘴6‐5之间各通过一根气压管6‐4连通。通过分流阀6‐1将气体分流，气瓶4中的气体通过气压管6‐4送至各个喷嘴。

一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，它还包括通过一根气压管6‐4连通的两个分流阀6‐1，两个所述分流阀6‐1分别固接在送样管道及罩体6‐3上，其中一个分流阀6‐1与气瓶4之间通过一根气压管6‐4连通，且该一个分流阀6‐1与若干上喷嘴6‐2之间各通过一根气压管6‐4连通，另一个分流阀6‐1与若干下喷嘴6‐5之间各通过一根气压管6‐4连通。通过分流阀6‐1将气体分流，气瓶4中的气体通过气压管6‐4送至各个喷嘴。

上喷嘴6‐2的数量以及下喷嘴6‐5的数量分别为两个。

气瓶4中的气体为惰性气体。使得收集过程中不会污染样品。

工作原理：

探测器主体1通过机械臂7着陆于小行星表面后，可开始进行采样任务。外转子储能电机6‐6在空载状态下驱动盘刀6‐7高速旋转，达到一定转速时，电机暂停工作，此时盘刀6‐7具有较大的能量。进尺电机5‐3通过齿轮5‐4齿条5‐5机构驱动送样刚管3和采样机构6运动，并提供进给力，在若干滚轮5‐2的约束下，送样刚管3和采样机构6作直线进给运动，此时盘刀6‐7开始切削大块岩石并扫起碎石。气瓶4提供气体，分流阀6‐1将气体分流，通过气压管6‐4送至多个喷嘴。下喷嘴6‐5吹出气体，在罩体6‐3的引流作用下，将样品送至罩体6‐3上部窄口处，上喷嘴6‐2布置于窄口处吹气，使样品加速并沿着送样刚管3和送样软管2进入样品容器9中，样品被收集。

Claims (9)

1.一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，它包括探测器主体(1)以及支撑探测器主体(1)的机械臂(7)，其特征在于：它还包括送样管道、气瓶(4)、进尺机构(5)、采样机构(6)、返回舱(8)以及样品容器(9)，气瓶(4)、进尺机构(5)以及返回舱(8)分别固定在探测器主体(1)上，所述样品容器(9)设置在返回舱(8)内，采样机构(6)与样品容器(9)通过送样管道连通，进尺机构(5)通过送样管道带动采样机构(6)实现直线进给运动，所述采样机构(6)包括罩体(6-3)、两个外转子储能电机(6-6)、两个盘刀(6-7)、两个电机座(6-8)、若干上喷嘴(6-2)、若干下喷嘴(6-5)以及若干气压管(6-4)，罩体(6-3)的顶部与送样管道连通，两个外转子储能电机(6-6)对应通过两个电机座(6-8)固定在罩体(6-3)内，两个盘刀(6-7)对应同轴固接在两个外转子储能电机(6-6)上，若干上喷嘴(6-2)插设在罩体(6-3)的上部侧壁且与罩体(6-3)内腔贯通，若干下喷嘴(6-5)插设在罩体(6-3)的下部侧壁且与罩体(6-3)内腔贯通，每个喷嘴分别通过气压管(6-4)与气瓶(4)连通。

2.根据权利要求1所述的一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述进尺机构(5)包括机架(5-1)、进尺电机(5-3)、齿轮(5-4)、齿条(5-5)及若干滚轮(5-2)，所述机架(5-1)固定在探测器主体(1)上，若干滚轮(5-2)设置在送样管道的两侧且均转动连接在机架(5-1)上，进尺电机(5-3)水平固接在机架(5-1)上，且齿轮(5-4)同轴固接在进尺电机(5-3)的输出轴上，齿条(5-5)沿送样管道长度方向固接在送样管道的侧壁上，齿轮(5-4)与齿条(5-5)啮合。

3.根据权利要求2所述的一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：滚轮(5-2)的数量至少为四个，且两两对称布置。

4.根据权利要求2或3所述的一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：所述送样管道包括送样软管(2)和送样刚管(3)，其中送样刚管(3)与样品容器(9)通过送样软管(2)连通，送样刚管(3)上远离送样软管(2)的一端与罩体(6-3)连通，若干滚轮(5-2)设置在送样刚管(3)的两侧。

5.根据权利要求4所述的一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：两个盘刀(6-7)关于送样管道中心轴线对称设置，且旋转方向为向内相对旋转。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：它还包括分流阀(6-1)，所述分流阀(6-1)固接在送样管道上，分流阀(6-1)与气瓶(4)之间通过一根气压管(6-4)连通，分流阀(6-1)与若干上喷嘴(6-2)及若干下喷嘴(6-5)之间各通过一根气压管(6-4)连通。

7.根据权利要求1、2、3或5所述的一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：它还包括通过一根气压管(6-4)连通的两个分流阀(6-1)，两个所述分流阀(6-1)分别固接在送样管道及罩体(6-3)上，其中一个分流阀(6-1)与气瓶(4)之间通过一根气压管(6-4)连通，且该一个分流阀(6-1)与若干上喷嘴(6-2)之间各通过一根气压管(6-4)连通，另一个分流阀(6-1)与若干下喷嘴(6-5)之间各通过一根气压管(6-4)连通。

8.根据权利要求7所述的一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：上喷嘴(6-2)的数量以及下喷嘴(6-5)的数量分别为两个。

9.根据权利要求1、2、3、5或8所述的一种盘刀切削采样及气吹送样式小行星表面星壤采样器，其特征在于：气瓶(4)中的气体为惰性气体。

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