CN115307959A - 钻头、螺旋取样部、地外天体取样钻具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及地外天体采样领域，具体公开了一种地外天体取样钻具，包括钻头和螺旋取样部。钻头包括两种形状的切削刃，其中钻头基体上的切削刃具有螺旋升角大的特点。螺旋取样部包括螺旋部以形成螺旋粉槽，螺旋部的第一表面与过轴平面的相贯线为水平直线，且相对于螺旋取样部的旋转轴垂直，螺旋部的第二表面与过轴平面的相贯线为圆弧线，且圆弧线半径较大，以便于石块从螺旋粉槽脱落。本申请的方案可以降低钻具在取样过程中所需的切削钻压力，使钻具安装在机械臂末端以完成地外天体取样。

Description

钻头、螺旋取样部、地外天体取样钻具

技术领域

本申请涉及地外天体采样的技术领域，特别是一种钻头、螺旋取样部、地外天体取样钻具。

背景技术

根据国内外月球探测数据分析结果，月球极区深度剖面内0.5-3m深度区间为水冰大概率富集区。为了保证获得含水冰样品的概率，要求在1m左右深度开展取样。

月壤具有密实、大内摩擦角、级配宽的特点，如果再含有一定的水冰成分，其力学性能变得更为复杂、切削力载也大大提高。因此，如何高可靠的、无人自主的实现月球极区永久阴影区内1m左右深度含水冰样品的取样是一大难题。

据相关文件报道，目前常用的冻土取样方案是钻取方案，基本原理是利用一根细长的外螺旋钻具实现对冻土的钻进取样，钻具的前端安装有耐磨的切削钻头，钻具的驱动机构则安装在钻具的尾部。钻取方案的优点在于钻进能量密度高，可以比较可靠的实现冻土钻进取样。已知钻具由于结构简单，在切削冻土过程中的切削钻压力较高，增大了冻土取样难度；另外，用于支持钻具钻进取样的外部机构需要特别复杂，质量重、体积大、功耗大。

发明内容

本申请提供一种钻头、螺旋取样部、地外天体取样钻具，目的是降低钻具在取样过程中所需的切削钻压力，使得钻具可以安装在机械臂末端以完成地外天体取样，且机械臂对钻具的夹持稳定性较高。本申请提供的地外天体取样钻具可以实现对深层月壤或含水冰月壤的钻进及获取样品。

第一方面，提供了一种钻头，应用于地外天体取样钻具，包括：

第一螺旋部，所述第一螺旋部包括钻头基体和第一切削刃，所述钻头基体呈锥形，所述第一切削刃螺旋绕设于所述钻头基体的外周，所述第一切削刃的螺旋升角为45～80°；

定心刃部，所述定心刃部包括定心刃基体和第二切削刃，所述定心刃基体呈锥形，并与所述钻头基体相接，所述第二切削刃在所述定心刃基体的表面沿所述钻头的旋转轴延伸，所述第二切削刃与所述第一切削刃相接；

其中，所述钻头的切削锥角为15～50°。

与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：

该型钻头通过小锥角、大升角螺旋形切削刃，有利于降低钻具在切削冻土过程中所需的切削钻压力，具有更小的钻压力需求，提高了钻具的安装边界适应能力，使得钻具安装在机械臂末端成为可能，即钻具及其驱动机构可以安装于机械臂等弱刚性，低驱动能力的机构末端。其中，采用大升角螺旋形切削刃，使得钻头的切削刃具有很强的自攻效应，从而降低对外界钻压力的需求，实现低钻压力；采用小的钻头切削锥角，小的切削锥角可以增强钻头钻压力的楔形增力效应，从而实现小钻压力维持较高的孔底压力。切削刃相互连接，有利于钻头的定心，防止钻头钻偏。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述钻头还包括定心头部，定心头部位于所述定心刃部的远离所述第一螺旋部的一侧，所述定心头部包括柱部和椎部，所述柱部连接在所述椎部和所述定心刃部之间，所述柱部与所述定心刃基体和所述第二切削刃均相接。

在钻头的最前端具有尖锐的头部，负责被钻对象切削奇异区的挤压破碎。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，沿所述钻头的旋转轴，所述钻头基体设有第一沉孔和通孔，所述定心刃部设有螺纹盲孔；所述钻头还包括第一螺纹锁紧件，所述第一螺纹锁紧件穿过所述通孔与所述螺纹盲孔旋合锁紧，所述第一螺纹锁紧件的根部与所述第一沉孔抵接。

由于钻头的定心刃部对土壤的作用主要是挤压土壤，钻头的第一螺旋部对土壤的作用主要是切削土壤，因此前者的损坏周期与后者的损坏周期可能不同。通过第一螺旋部与定心刃部之间可以组装，以对损坏的部分灵活更换。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一切削刃的数量为3个。

3个第一切削刃可以保证切削过程中钻头的受力稳定，利于定心。另外，当某一个第一切削刃损坏时，仍可保证钻头的钻进、排粉能力不丧失，从而提高钻头的可靠性。

第二方面，提供了一种螺旋取样部，应用于地外天体取样钻具，用于与钻头连接，包括：

取样段基体；

第二螺旋部，所述第二螺旋部螺旋绕设在所述取样段基体的外周，所述第二螺旋部包括第一螺旋表面、第二螺旋表面和第三螺旋表面，所述第一螺旋表面位于所述第二螺旋部的远离所述钻头的一侧，所述第二螺旋表面位于所述第二螺旋部的靠近所述钻头的一侧，所述第三螺旋表面连接在所述第一螺旋表面和所述第二螺旋表面之间，其中，

所述第一螺旋表面为与过轴平面的相贯线为水平直线，所述水平直线相对于所述螺旋取样部的旋转轴垂直，

所述第二螺旋表面与所述过轴平面的相贯线为圆弧线，所述圆弧线背离所述钻头凹陷，所述圆弧线所在球的球心与目标位置之间的距离小于预设距离，所述目标位置为所述第一螺旋表面的最远离所述取样段基体的位置，所述第二螺旋表面的半径r满足：r≥d_max＞d_min＞h，且

d_min为所述第二螺旋部的相邻两个齿之间的最小间距，d_max为所述第二螺旋部的相邻两个齿之间的最大间距，h是所述第二螺旋部的齿的高度。

与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：

第二螺旋部与过轴平面的相贯线为水平直线，第二螺旋部与所述过轴平面的相贯线为圆弧线，保证取样螺旋钻杆螺旋槽道的开敞性，使得卡入螺旋槽道中的石块无法形成稳定受力状态，从而保证钻具拔钻不会被卡住。另外，相邻两个齿之间的空间可以相对较大，有利于增大取样空间。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述第二螺旋部的外周直径与所述取样段基体的直径的比值为1.5～4。

由此有利于增大螺旋取样部的取样空间。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述第二螺旋部的螺旋升角为10～45°。

第二螺旋部的螺旋升角相对较小，以防止采样样品的滑落。

第三方面，提供了一种地外天体取样钻具，包括如上述第一方面中的任意一种实现方式中所述的钻头，和/或，如上述第二方面中的任意一种实现方式中所述的螺旋取样部。

第四方面，提供了一种地外天体取样钻具，包括如上述第一方面中的任意一种实现方式中所述的螺旋取样部钻头，和，如上述第二方面中的任意一种实现方式中所述的螺旋取样部；其中，

沿所述地外天体取样钻具的旋转轴，所述钻头基体设有第二沉孔和螺纹孔，所述螺旋取样部的靠近所述钻头的一侧设有螺纹头，所述螺纹头穿过所述第二沉孔与所述螺纹孔旋合锁紧，所述螺纹头的根部与所述第二沉孔抵接。

由于钻头容易因切削磨损，而螺旋取样部的磨损程度通常较钻头较轻，因此前者的损坏周期与后者的损坏周期可能不同。钻头和螺旋取样部之间可以组装，以对损坏的部分灵活更换。

结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，所述螺旋取样部的外径小于所述钻头的外径，所述钻头的外径与所述螺旋取样部的外径的差值为1～4mm。

由此可以保证提钻过程中石块不会与螺旋槽道发生运动干涉，从而减少脉冲载荷引起的样品掉落。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种地外天体取样钻具的示意性结构图。

图2为本申请实施例提供的一种钻头的示意性结构图。

图3为本申请实施例提供的一种钻头的受力分析图。

图4为本申请实施例提供的一种钻头的实验结果图。

图5为本申请实施例提供的一种螺旋取样部的示意性结构图。

图6为本申请实施例提供的一种螺旋取样部的截面图。

图7为石块从螺旋取样部的螺旋槽道脱落的原理图。

图8为本申请实施例提供的一种钻头和螺旋取样部的装配结构图。

附图标记说明：1、钻头；2、螺旋取样部；3、钻杆；11、第一螺旋部、12、定心刃部；13、定心头部；111、钻头基体、112、第一切削刃；113、第二沉孔；114、螺纹孔；115、螺纹通孔；116、第一沉孔；117、通孔；118、螺纹盲孔；121、定心刃基体；122、第二切削刃；131、椎部；132、柱部；21、取样段基体；22、第二螺旋部；23、螺纹头；221、第一螺旋表面；222、第二螺旋表面；223、第三螺旋表面；31、第二螺纹锁紧件；32、第一螺纹锁紧件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述。

本申请实施例公开一种地外天体取样钻具，参照图1。在一些实施例中，地外天体取样钻具的采样目标可以为月球极区永久阴影区内1m深度的水冰冻土。

地外天体取样钻具可以包括钻头1、螺旋取样部2。钻头1用于对地外天体的土壤进行切削。当钻头1进行切削时，钻头1垂直于土壤并向土壤深处前进。螺旋取样部2用于将钻头1切削的切屑排出钻孔外，以及储存目标深度处的土壤。

下面介绍螺旋取样部2排屑和储存土壤的原理。

钻头1可以在土壤中开设出钻孔。钻头1切削的土壤可以填入螺旋取样部2的螺旋面和钻孔孔壁之间的空间内。土壤可以沿螺旋取样部2的旋转轴攀升，并逐渐排出钻孔外。当钻头1钻进至目标深度附近(通常比目标深度更深)后，钻头1可以停止钻进。钻头1附近的土壤可以是目标深度处的土壤。由于目标深度处的土壤经过了钻头1的切削，因此目标深度处的土壤可以填入并留存于螺旋面和钻孔孔壁之间的空间内，且暂未从钻孔排出。随着钻具整体从钻孔中拔出，这些土壤可以被一并带出。之后，从螺旋取样部2取出土壤，可以获得目标深度处的土壤。

图2示出了本申请实施例提供的一种钻头1的示意性结构图。

钻头1可以包括第一螺旋部11，第一螺旋部11可以包括锥形的钻头基体111，以及螺旋绕设在钻头基体111外周的第一切削刃112。第一切削刃112和钻头基体111围成的空间可以是钻头1的排粉槽。螺旋形排粉槽可以利用钻具钻进时的离心力，有利于提高排粉效率。

第一切削刃112的螺旋升角α可以相对较大。在一些实施例中，第一切削刃112的螺旋升角α的取值范围可以为45～80°，进一步地，可以为50～70°；进一步地，可以为60°。第一切削刃112的螺旋升角α较大，从而第一切削刃112可以具有较强的自攻效应，以降低对外界钻压力的需求，从而实现低钻压力。

在一些实施例中，钻头1的切削锥角θ的取值范围可以为15～50°，进一步地，可以为20～40°；进一步地，可以为30°。钻头1的切削锥角θ例如可以与钻头基体111的锥角对应。钻头1的切削锥角θ相对较小，有利于增强钻头1的楔形增力效应，从而实现小钻压力维持较高的孔底压力。

钻头1钻进过程中的楔形增力效应如图3所示，钻进过程中钻头1受到驱动机构施加的轴向钻压力F_z，钻头1与土接触的切削面受到土壤的挤压力F_N、F′_N，并处于受力平衡状态。根据图3中的受力关系，可以得到：

从上式可知，钻压力F_z不变的情况下，钻头1切削锥角θ越小，土壤对钻头1的挤压力F_N、F′_N越大。因此钻头1的切削锥角相对较小可以实现小钻压力维持较高的孔底压力。

在一些实施例中，钻头基体111的外周可以均布绕设多个第一切削刃112，多个第一切削刃112的数量例如可以为3个。3个第一切削刃112可以形成3个排粉槽。3个第一切削刃112可以保证切削过程中钻头1的受力稳定，利于定心。另外，当某一个第一切削刃112损坏时，仍可保证钻头1的钻进、排粉能力不丧失，从而提高钻头1的可靠性。

钻头1还可以包括定心刃部12，定心刃部12可以包括锥形定心刃基体121和第二切削刃122。第二切削刃122可以设置在定心刃基体121的表面。定心刃部12与第一螺旋部11等尺寸相接。也就是说，定心刃部12的用于与第一螺旋部11相接的表面，与第一螺旋部11的用于与定心刃部12相接的表面，尺寸相同、面积相同、形状相同。由此有利于实现钻头1的定心，防止钻头1钻偏。

如图2所示，定心刃部12的定心刃基体121可以与第一螺旋部11的钻头基体111等尺寸相接。定心刃基体121的最大直径可以与钻头基体111的最小直径相同。定心刃部12的第二切削刃122可以与第一螺旋部11的第一切削刃112等尺寸相接。定心刃部12的第二切削刃122的延伸方向可以为直线，与第一切削刃112的螺旋延伸方向不同。

钻头1还可以包括定心头部13。定心头部13可以是钻头1中最先与土壤接触的部分。定心头部13可以包括椎部131，以使得定心头部13可以呈尖锐形状，用于切削、挤压、破碎土壤。

如图2所示，定心头部13可以与定心刃部12相接。定心头部13还可以包括柱部132，柱部132可以位于定心刃部12和椎部131之间。柱部132可以与定心刃部12的定心刃基体121等尺寸相接。柱部132的直径可以与定心刃基体121的最小直径相同。柱部132的直径还可以与椎部131的最大直径相同。柱部132的侧壁可以与定心刃部12的第二切削刃122相接。在一个实施例中，柱部132的高度可以与定心刃部12的第二切削刃122的高度相同。

图4示出了本申请实施例提供的地外天体取样钻具与同类钻具的钻进性能对比图。在钻进典型模拟月壤工况试验中，均采用125rpm的转速、100mm/min的进给速度。本申请实施例提供的地外天体取样钻具具有更低的钻压力和钻进负载扭矩，钻进性能更优。

如上所述，螺旋取样部2负担着排粉、取样双重功能。其中，排粉功能需要较高的工作转速(高于临界转速110-130rpm(月面))，实现切屑的快速排出；取样功能则需要较低的工作转速(低于临界转速110-130rpm)，以使得钻屑能够填充螺旋取样部2，实现取样。提钻取出样品阶段，失去钻孔孔壁的保护，则需要螺旋取样部2外表面的螺旋槽道能够盛住样品，尽量少的发生滑落。为了实现上述功能，本申请实施例提供一种螺旋取样部2，如图1所示。

螺旋取样部2可以包括取样段基体21和第二螺旋部22。取样段基体21可以呈柱状，第二螺旋部22螺旋绕设在取样段基体21的外周。结合图1、图2和图5，第二螺旋部22的螺旋方向与钻头1的第一螺旋部11的螺旋方向相同。

在一些实施例中，如图1所示，地外天体取样钻具还可以包括钻杆3，钻杆3可以位于螺旋取样部2的远离钻头1的一端。钻杆3可以包括钻杆基体和第三螺旋部。第三螺旋部与螺旋取样部2的第二螺旋部22平滑连接。第三螺旋部的螺旋升角、螺旋方向、最大外径等尺寸参数均可以与第二螺旋部22的相同。在一些场景中，钻杆3可以是螺旋取样部2的一部分。在另一些场景中，钻杆3和螺旋取样部2可以分别是地外天体取样钻具的两个不同的部分。

在本申请提供的一些实施例中，如图5所示，第二螺旋部22的外周直径d₂与取样段基体21的直径d₁的比值可以为1.5～4，进一步地，比值可以为2～3。由此有利于增大螺旋取样部2的取样空间。

在本申请提供的一些实施例中，如图2和图5所示，第二螺旋部22的螺旋升角β小于第一螺旋部11的螺旋升角α，也就是说，第二螺旋部22的螺旋升角β相对较小，以防止采样样品的滑落。螺旋升角β例如可以取值10～45°，进一步地，可以取值15～30°。

在一些实施例中，如图1所示，螺旋取样部2的外径小于钻头1的外径。进一步地，钻头1的外径与螺旋取样部2的外径的差值可以为1～4mm。由此可以保证提钻过程中石块不会与螺旋槽道发生运动干涉，从而减少脉冲载荷引起的样品掉落。

在一些实施例中，如图6所示，第二螺旋部22可以包括第一螺旋表面221、第二螺旋表面222和第三螺旋表面223。第一螺旋表面221位于第二螺旋部22的远离钻头1的一侧，第二表面位于第二螺旋部22的靠近钻头1的一侧，第三螺旋表面223连接在第一螺旋表面221和第二螺旋表面222之间，第三螺旋表面223上任意位置到螺旋取样部2的旋转轴的距离等于螺旋取样部2的外径d₂(如图5所示)。第一螺旋表面221与过轴平面的相贯线为水平直线，且水平直线相对于螺旋取样部2的旋转轴垂直，以便于承载月壤样品。第二螺旋表面222背离钻头1凹陷。第二螺旋表面222与所述过轴平面的相贯线为圆弧线。

图7示出了石块从螺旋槽道内脱落的原理示意图。

假设第二螺旋部22可以被划分为多个齿，每个齿绕螺旋取样部2的旋转轴螺旋环绕360°。在一种可能的场景中，第i齿的第二螺旋表面222所在球的球心可以位于第i+1齿的第一螺旋表面221上最远离取样段基体21的位置，或者位于该位置附近，即第二螺旋表面222所在球的球心与该位置之间的距离小于预设距离(例如为0～5mm，进一步地，为0～1mm)。第i+1齿位于第i齿的靠近钻头1的一侧。第二螺旋部22的相邻两个齿之间的最小间距为d_min，每个齿的高度为h(每个齿的高度可以等于第二螺旋部22的外周半径与取样段基体21的半径的差值)，第二螺旋部22的相邻两个齿之间的最小间距为d_max，则第二螺旋表面222的半径r可以满足：r≥d_max＞d_min＞h，且

当石块承载于第二螺旋部22的第一螺旋表面221时，石块可以与以下一个或多个位置接触：取样段基体21的表面、第二螺旋表面222、取样段基体21和第二螺旋表面222的相交处。如图7所示，当钻具从钻孔中提出时，钻孔孔壁可以对石块作用一作用力，该作用力的方向与钻具拔出的方向相反。无论石块接触的位置在何处，石子均可以在作用力的作用下翻滚出螺旋取样部2的螺旋槽道外。由此可以保证取样段基体21和第二螺旋部22围成的螺旋槽道具有足够的开敞性，使得卡入螺旋槽道中的石块无法形成稳定受力状态，提钻过程中石块会自动滑脱出去，从而保证钻具不会被卡住。另外，相邻两个齿之间的空间可以相对较大，有利于增大取样空间。

由于钻头1的定心刃部12、定心头部13对土壤的作用主要是挤压土壤，钻头1的第一螺旋部11对土壤的作用主要是切削土壤，因此前者的损坏周期与后者的损坏周期可能不同。第一螺旋部11与定心刃部12之间可以组装，以对损坏的部分灵活更换。

如图8所示，沿所述钻头1的旋转轴，钻头基体111还可以具有第一沉孔116和通孔117，第一沉孔116和通孔117可以构成第一台阶孔。定心刃部12可以具有螺纹盲孔118，钻头1的第一螺旋部11与定心刃部12可以通过第一螺纹锁紧件(如六角头螺栓)32紧固。第一螺纹锁紧件32的螺纹部分可以穿过通孔117，并与螺纹盲孔118配合，以将第一螺旋部11与定心刃部12锁紧。当第一螺旋部11与定心刃部12锁紧时，第一螺纹锁紧件32的根部可以抵接在第一沉孔116上，即第一螺纹锁紧件32的根部抵接在第一台阶孔的台阶上。第一螺纹锁紧件32的螺旋方向(即顺时针或逆时针螺旋)可以与钻头1的第一切削刃112的螺旋方向相同，以使得当钻头1钻进时，避免第一螺纹锁紧件32与螺纹盲孔118相互脱开。

由于钻头1容易因切削磨损，而螺旋取样部2的磨损程度通常较钻头1较轻，因此前者的损坏周期与后者的损坏周期可能不同。钻头1和螺旋取样部2之间可以组装，以对损坏的部分灵活更换。

如图8所示，钻头1的钻头基体111可以包括第二沉孔113和螺纹孔114，第二沉孔113和螺纹孔114可以构成第二台阶孔。螺旋取样部2的靠近钻头1的一侧可以具有螺纹头23，螺纹头23可以穿过第二沉孔113，并与螺纹孔114螺纹配合，以将钻头1和螺旋取样部2锁紧。当钻头1和螺旋取样部2锁紧时，螺纹头23的根部可以抵接在第二沉孔113上，即螺纹头23的根部抵接在第二台阶孔的台阶上。螺纹头23的螺旋方向(即顺时针或逆时针螺旋)可以与钻头1的第一切削刃112的螺旋方向相同，以使得当钻头1钻进时，避免螺纹头23与螺纹孔114相互脱开。

在一些实施例中，第二沉孔113的侧壁还设置有螺纹通孔115，该螺纹通孔115的孔轴垂直于螺旋取样部2的旋转轴。螺纹通孔115内可以设置第二螺纹锁紧件(如螺钉)31，以从钻头1的侧面抵压螺纹取样段，降低螺旋取样部2和钻头1相对旋转的可能性，确保螺旋取样部2和钻头1维持锁紧状态。

综上所述，本申请实施例设计开发了一种适用于地外天体采样的钻具，该钻构相比同尺寸的传统钻头，具有更小的钻压力需求，使得钻具及其驱动机构可以安装于机械臂等弱刚性、低驱动能力的机构末端。另外，螺旋取样部保证螺旋槽道的开敞性，使得卡入螺旋槽道中的石块无法形成稳定受力状态，从而保证钻具拔钻不会被卡住。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种钻头，应用于地外天体取样钻具，其特征在于，包括：

第一螺旋部，所述第一螺旋部包括钻头基体和第一切削刃，所述钻头基体呈锥形，所述第一切削刃螺旋绕设于所述钻头基体的外周，所述第一切削刃的螺旋升角为45～80°；

定心刃部，所述定心刃部包括定心刃基体和第二切削刃，所述定心刃基体呈锥形，并与所述钻头基体相接，所述第二切削刃在所述定心刃基体的表面沿所述钻头的旋转轴延伸，所述第二切削刃与所述第一切削刃相接；

其中，所述钻头的切削锥角为15～50°。

2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述钻头还包括定心头部，定心头部位于所述定心刃部的远离所述第一螺旋部的一侧，所述定心头部包括柱部和椎部，所述柱部连接在所述椎部和所述定心刃部之间，所述柱部与所述定心刃基体和所述第二切削刃均相接。

3.根据权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，沿所述钻头的旋转轴，所述钻头基体设有第一沉孔和通孔，所述定心刃部设有螺纹盲孔；所述钻头还包括第一螺纹锁紧件，所述第一螺纹锁紧件穿过所述通孔与所述螺纹盲孔锁紧，所述第一螺纹锁紧件的根部与所述第一沉孔抵接。

4.根据权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，所述第一切削刃的数量为3个。

5.一种螺旋取样部，应用于地外天体取样钻具，用于与钻头连接，其特征在于，包括：

取样段基体；

第二螺旋部，所述第二螺旋部螺旋绕设在所述取样段基体的外周，所述第二螺旋部包括第一螺旋表面、第二螺旋表面和第三螺旋表面，所述第一螺旋表面位于所述第二螺旋部的远离所述钻头的一侧，所述第二螺旋表面位于所述第二螺旋部的靠近所述钻头的一侧，所述第三螺旋表面连接在所述第一螺旋表面和所述第二螺旋表面之间，其中，

所述第一螺旋表面与过轴平面的相贯线为水平直线，所述水平直线相对于所述螺旋取样部的旋转轴垂直，

所述第二螺旋表面与所述过轴平面的相贯线为圆弧线，所述圆弧线背离所述钻头凹陷，所述圆弧线所在球的球心与目标位置之间的距离小于预设距离，所述目标位置为所述第一螺旋表面的最远离所述取样段基体的位置，所述第二螺旋表面的半径r满足：r≥d_max＞d_min＞h，且

d_min为所述第二螺旋部的相邻两个齿之间的最小间距，d_max为所述第二螺旋部的相邻两个齿之间的最大间距，h是所述第二螺旋部的齿的高度。

6.根据权利要求5所述的螺旋取样部，其特征在于，所述第二螺旋部的外周直径与所述取样段基体的直径的比值为1.5～4。

7.根据权利要求5或6所述的螺旋取样部，其特征在于，所述第二螺旋部的螺旋升角为10～45°。

8.一种地外天体取样钻具，包括如权利要求1至4中任一项所述的钻头，和/或，如权利要求5至7中任一项所述的螺旋取样部。

9.一种地外天体取样钻具，包括如权利要求1至4中任一项所述的钻头，和，如权利要求5至7中任一项所述的螺旋取样部；其中，

沿所述地外天体取样钻具的旋转轴，所述钻头基体设有第二沉孔和螺纹孔，所述螺旋取样部的靠近所述钻头的一侧设有螺纹头，所述螺纹头穿过所述第二沉孔与所述螺纹孔锁紧，所述螺纹头的根部与所述第二沉孔抵接。

10.根据权利要求9所述的地外天体取样钻具，其特征在于，所述螺旋取样部的外径小于所述钻头的外径，所述钻头的外径与所述螺旋取样部的外径的差值为1～4mm。

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