本书在钻取采样器研制理念与思想、设计、制造、试验等方面全面描述了钻取采样器研制工作，对月球无人自主采样系统构建、月面大力载千瓦级空间机电一体化设计技术、面临干粉月壤保持层理填充技术瓶颈攻关、样品收纳的空间约束突破与解决，高适应性取芯钻具设计、无人自主钻进规程与策略设计、拟实月球环境钻取采样验证技术等方面进行系统性阐述，以丰富和加深读者对月球无人自主采样器的了解与认识。
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目录
第1章 绪论 1
1.1 月球采样探测意义/1
1.1.1 推动月球科学发展/1
1.1.2 推动我国航天技术与深空探测采样技术发展/1
1.1.3 维护中国月球权益/2
1.1.4 激发民族热爱航天情怀/2
1.2 人类月球采样活动/2
1.2.1 载人登月采样活动/6
1.2.2 月球无人自主采样活动/8
1.3 嫦娥五号无人自主采样任务/12
1.3.1 采样返回任务的科学目标/14
1.3.2 采样返回任务的工程目标/15
1.3.3 钻取采样任务目标/15
1.3.4 钻取采样器研制历程/15
1.4 章节安排概要/16
1.5 本章小结/18
参考文献/18
第2章 月球环境与钻取采样任务20
2.1 月球环境/20
2.1.1 月表温度分布/20
2.1.2 月球热流情况/21
2.1.3 月球低重力、高真空环境/21
2.1.4 月面静电、辐照与月尘/22
2.1.5 月球地貌特征/23
2.2 月壤/24
2.2.1 月壤的形成与演化/24
2.2.2 月壤化学成分与矿物组成/24
2.2.3 月壤基本物理力学性质/25
2.2.4 月岩的类型及力学性质/31
2.2.5 月岩的粒度分布特征/33
2.2.6 月岩物理力学性质/35
2.2.7 月球岩石与地球岩石的对比分析/38
2.3 钻取月壤剖面及颗粒粒度/39
2.4 月球环境对钻取采样影响分析/42
2.4.1 低重力影响/42
2.4.2 风暴洋区月壤特性影响/42
2.5 月球环境对钻取采样器产品的影响/47
2.5.1 Apollo与Luna任务中的环境影响/47
2.5.2 真空、月壤钻进切削热特性/48
2.5.3 驱动机构方面/48
2.5.4 月球环境对取芯钻具的影响/48
2.5.5 高真空度环境下的运动副润滑/49
2.5.6 研磨性月尘的防护/49
2.5.7 基于样品纯净性要求的防污染技术/49
2.5.8 信息与能量可靠传输/49
2.6 本章小结/50
参考文献/50
第3章 月球样品钻进取芯与收纳技术52
3.1 引言/52
3.2 保持月壤层理取芯技术/53
3.2.1 月球与地面钻探取芯技术差异/53
3.2.2 Apollo与Luna采样/53
3.2.3 月壤取芯与收纳问题/54
3.2.4 样品获取与初级封装方案/54
3.3 内翻式软袋取芯技术原理/55
3.4 钻取采样面临的问题/58
3.4.1 钻进方面/58
3.4.2 取芯方面/59
3.4.3 可靠封口方面/59
3.4.4 样品回收方面/59
3.5 采样量影响因素分析/60
3.6 钻取采样器关键技术概要/61
3.7 本章小结/63
参考文献/64
第4章 月壤钻取作用理论研究66
4.1 螺旋钻进作用特性/66
4.1.1 薄壁螺旋钻特点/66
4.1.2 厚壁螺旋钻特点/67
4.2 月壤的力学特性描述模型/67
4.2.1 月壤的土力学描述/68
4.2.2 月壤的颗粒力学描述/69
4.3 经典月壤钻进描述模型/71
4.3.1 月壤切削解析模型/71
4.3.2 钻取月壤临界转速解析模型/76
4.3.3 月壤与钻具作用解析描述/77
4.4 月壤作用过程应力场/85
4.4.1 月壤钻进孔底压力与进芯关系/85
4.4.2 月壤钻进取芯过程力载模型/90
4.5 基于离散元方法的钻头孔底应力场模拟/92
4.5.1 离散元建模仿真分析方法/92
4.5.2 月壤钻取过程离散元建模仿真分析/94
4.5.3 月壤钻进取芯力载特性/96
4.5.4 月壤钻进取芯过程力载、钻进参数及取样率关联关系/101
4.6 本章小结/103
参考文献/104
第5章 钻取采样系统总体技术105
5.1 引言/105
5.2 总体设计难点分析与设计准则/105
5.2.1 难点分析/105
5.2.2 设计准则/107
5.3 任务需求、约束与工作剖面分析/109
5.3.1 任务需求/109
5.3.2 接口要求/109
5.3.3 寿命剖面分析/109
5.3.4 任务剖面分析/110
5.3.5 环境剖面分析/110
5.3.6 功能要求分析/111
5.4 系统功能组成与工作原理/112
5.4.1 总体布局与构型设计/115
5.4.2 系统工作流程/117
5.4.3 工作模式设计/118
5.5 大跨度轻质高刚性结构设计/119
5.6 采样器的结构动力学特性/120
5.7 主结构力学分析/122
5.7.1 悬臂圆筒式主结构/122
5.7.2 分析预示与振动试验/127
5.7.3 总体指标与指标分解/131
5.7.4 柔性大行程进给驱动指标分解/132
5.8 月面钻进规程设计/133
5.8.1 安全有效钻进与可靠取芯/133
5.8.2 在线辨识及参数集状态预估原则/133
5.8.3 钻进规程研究方法/134
5.8.4 钻取采样感知参数集的建立与应用/134
5.8.5 不确定月壤剖面的包络性试验矩阵/134
5.8.6 钻进规程总体框架/136
5.8.7 月壤钻进流程/136
5.8.8 月壤钻进阶段规程/137
5.8.9 不同月壤钻进参数搜索与匹配算法/139
5.9 本章小结/142
参考文献/143
第6章 钻取采样系统关键部组件设计技术144
6.1 引言/144
6.2 钻取采样器机械系统及部组件分解/144
6.2.1 钻进取芯驱动机构设计/146
6.2.2 样品提芯、整形、分离与传送设计/164
6.2.3 避让展开机构设计/174
6.2.4 取芯钻具设计/182
6.2.5 月壤取芯钻具设计理念/183
6.2.6 钻具设计/191
6.2.7 样品取芯软袋设计/194
6.2.8 高可靠随动封口设计/195
6.2.9 钻杆动力学分析/201
6.3 驱动控制与传感测量设计/206
6.3.1 钻取采样器控制原理/206
6.3.2 供电转换及大功率逆变技术/209
6.3.3 无人自主钻取信息流/213
6.3.4 传感测量方案与系统保护策略/215
6.4 本章小结/217
参考文献/218
第7章 拟实专项研究及在轨应用220
7.1 试验设备/220
7.1.1 钻具综合性能测试设备/221
7.1.2 取芯性能测试设备/222
7.2 专项研究一：钻取用模拟月壤研制/226
7.2.1 国内外模拟月壤研究现状/226
7.2.2 月壤物理力学特性对钻取采样的影响分析/228
7.2.3 钻取月壤特性与指标/229
7.2.4 钻取用模拟月壤的研制准则与需求/232
7.2.5 模拟月壤组构单元等效性分析/242
7.3 专项研究二：采样器钻进热特性研究/248
7.3.1 能量传递途径及热风险分析/249
7.3.2 月壤／月岩热物性与钻取热模型/249
7.3.3 测试需求分析与试验方法/253
7.3.4 模拟试验技术方案/256
7.3.5 钻进热特性试验结果分析/266
7.4 专项研究三：钻进规程与钻进策略试验研究/273
7.4.1 钻进规程与钻进策略试验研究/273
7.4.2 试验结果的讨论与分析/284
7.4.3 钻进规程形成与设计/291
7.4.4 钻进规程有效性验证与优化/292
7.4.5 钻进策略及解决预案验证/295
7.4.6 地月贯通智能钻进策略/303
7.5 试验验证/309
7.5.1 避让展开机构试验验证/309
7.5.2 钻取采样系统拟实环境功能、性能检测与验证/311
7.6 在轨工作情况/316
7.6.1 飞控准备/316
7.6.2 月面工作/316
7.7 本章小结/322
参考文献/323
后记325
编后328
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