[发明专利]可转位回转冲击超声波钻进采样气吹送样式小行星采样器

说明书

本发明提供了一种可转位回转冲击超声波钻进采样气吹送样式小行星采样器，包括探测器本体、进尺机构、转位机构、采样钻、气吹机构和返回舱，进尺机构、气吹机构和返回舱均安装在探测器本体上，转位机构设置在进尺机构的末端，采样钻设置在转位机构的末端，气吹机构连通采样钻和返回舱，进尺机构驱动采样钻上下移动，转位机构带动采样钻转动。本发明由单压电叠堆作为唯一动力来源，充分利用压电叠堆两侧的振动，将压电叠堆一侧的振动转变为钻杆的回转运动，另一侧的振动转变为钻杆的冲击运动，最终实现回转冲击超声波钻螺旋钻进取样，本发明采样器中设置有转位机构，实现了在小行星表面选点采样功能，具有优越的形貌适应能力。

技术领域

本发明属于空间资源探测技术领域，尤其是涉及一种可转位回转冲击超声波钻进采样气吹送样式小行星采样器。

背景技术

探秘小行星对于研究太阳系的起源和太空资源的开发具有深远的意义。近年来，越来越多的国外机构针对小行星开展小行星取样返回任务。小行星表面多为坚硬裸露的岩石，如何实现高效破岩是首要难点。同时，由于小行星表面微引力的问题，破碎后的岩石轨迹不可寻，如何收集样品成为另一大难题。为此，各种采样方式层出不穷，最典型的当属日本“隼鸟”号的“一触即走”。它利用金属球强大的冲击力使小行星表面的岩石破碎并溅起碎片或粉末，再利用探测器上的一个外形为喇叭状的取样装置将这些碎片加以回收并进行密封。然而该取样效果并不理想，仅取回1500个直径约0.001毫米的地外星体微粒。因此提出一种能够高效破岩并收集样品的采样器对于小行星探测具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种可转位回转冲击超声波钻进采样气吹送样式小行星采样器，具有低钻压高效能的回转冲击式超声波钻螺旋钻进取样，基于气吹送样实现小行星表面采样；采样器中设置有进尺机构和转位机构，实现了在小行星表面选点采样功能，具有优越的形貌适应能力。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种可转位回转冲击超声波钻进采样气吹送样式小行星采样器，包括探测器本体、进尺机构、转位机构、采样钻、气吹机构和返回舱，所述的进尺机构、气吹机构和返回舱均安装在探测器本体上，所述的转位机构设置在进尺机构的末端，所述的采样钻设置在转位机构的末端，所述的气吹机构连通采样钻和返回舱，所述的进尺机构驱动采样钻上下移动，所述的转位机构带动采样钻转动。

进一步的，所述采样钻包括转子、V型后盖板、压电陶瓷叠堆、变幅杆、传动轴、下壳体、螺旋钻杆、钻杆套和上壳体，所述的转子、V型后盖板、压电陶瓷叠堆、变幅杆和传动轴设置在上壳体和下壳体围成的空间内，在所述螺旋钻杆外套设一端封闭一端开口的钻杆套，所述钻杆套的封闭端固定在下壳体的远离上壳体的一端，在所述钻杆套上靠近封闭端处设有进气口和样品出口，所述变幅杆固定在下壳体上，所述的变幅杆为上宽下窄的空心杆体，宽段设置在上壳体内，并伸入V型后盖板的空腔，窄段设置在下壳体内与螺旋钻杆连接，所述的变幅杆的宽段将压电陶瓷叠堆压紧在V型后盖板上，所述的V型后盖板的上端设置转子，所述的传动轴依次穿过转子和变幅杆后与螺旋钻杆连接，在转子和上壳体上壁之间的传动轴上套设一压紧弹簧，在下壳体内部的螺旋钻杆上套设有一恢复弹簧。

进一步的，所述进尺机构包括进尺轴、齿条、齿轮、电机和电机支撑座，所述齿条安装在进尺轴上，所述齿轮安装在电机的输出轴上，所述齿条和齿轮啮合，所述的电机安装在电机支撑座上，所述的电机支撑固定在探测器本体上，所述电机通过齿轮和齿条组成的齿轮齿条副将回转运动变为进尺轴的直线运动。

进一步的，所述转位机构包括转位电机、电机支架、小齿轮、大齿轮和连接架，所述转位电机安装在电机支架上，所述电机支架固定在进尺轴的末端，所述小齿轮安装在转位电机的输出轴上，所述小齿轮与转动连接在进尺轴上的大齿轮啮合，所述大齿轮通过连接架与上壳体固定连接，所述转位电机通过小齿轮和大齿轮组成的齿轮副驱动采样钻转位。