[发明专利]一种基于超临界二氧化碳射流的火星钻进取样方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于超临界CO₂射流的火星钻进取样方法及装置，主要包括新型超临界CO₂火星钻进小车和阶梯振荡射流钻头装置。实施过程如下：钻进小车着陆后，控制中心调整小车自平衡，打下固定锚杆，将小车固定，安装钻头与钻杆，打开抽气泵，抽取CO₂经高温高压处理变为超临界态，进入运输管道，部分CO₂由干冰磨料机制备成干冰磨料颗粒，混有干冰磨料的超临界CO₂射流经自激振荡腔振荡后喷出，带有振荡作用的超临界CO₂磨料射流击打岩石，使岩石破碎，同时，钻进泵工作，带动三翼钻头向前钻进，岩屑收集检测器对岩屑进行收集检测，并将检测结果反馈给控制中心。本发明的方法与现有方法相比，具有破岩效率高，能源消耗少，钻进速度快等优点。

技术领域

本发明涉及火星硬岩钻进取样技术领域，具体而言涉及一种基于超临界二氧化碳(以下简称CO₂)射流的火星钻进取样方法及装置。

背景技术

随着社会的发展和人类的进步，人们开始意识到地球资源越来越紧缺，为了解决资源难题，科学家开始探索太空资源，希望能够找到可供人们利用的太空资源甚至可供人们居住生活的其他星球，其中月球和火星是最有希望实现的两个星球，对此，科学家尝试对月球和火星进行更加深入的探索和开发。想要探索、开发火星资源，钻探取样是最基本的研究要求。由于火星地质环境的不稳定性，钻进过程中很可能遇到高硬度的岩石，加上外太空的无水环境，火星硬岩钻进过程异常艰难，没有水作为冷却液冷却钻头，钻头的耗损非常严重，且钻进效率低，成本大幅提高。因此，设计一种新型的火星硬岩钻进方法是目前亟待解决的科研难题。超临界CO₂是一种超临界流体，其兼具气体的低粘度和高扩散性以及液体的高密度性质，利用超临界CO₂辅助钻进，能够有效降低破岩门限，提高钻头转速，大大提高钻进效率，因此，超临界CO₂辅助钻进技术应用广泛。火星大气成分中有95.3％是CO₂，如果能够将火星大气中CO₂转化为超临界态来辅助钻进，其一可以利用超临界CO₂射流辅助破岩，大大提高火星硬岩破岩效率，其二超临界CO₂可以作为冷却液冷却钻头，从而大大延长钻头寿命。本发明从火星硬岩钻进的所遇的困难出发，巧妙运用火星大气环境中的CO₂，结合超临界CO₂射流辅助钻进技术，设计了一种基于超临界CO₂射流的火星钻进取样方法及装置，利用超临界CO₂射流的高效破岩特性，解决火星硬岩钻进取样难题。

发明内容

为了解决现有技术所存在的难题，本发明提供了一种基于超临界CO₂射流的火星钻进取样方法及装置。