[发明专利]一种空间环境土壤采样装置及其方法

说明书

本发明涉及一种空间环境土壤采样装置及其方法，主要应用于空间环境取样问题。采样装置其主要包括取样模块、二氧化碳循环模块和样品回收模块；各个模块互相配合使采样装置顺利完成取样工作。本发明使用液态二氧化碳射流辅助钻进，能在外星球表面复杂硬岩条件下进行钻探取样，液态二氧化碳具有冷却钻头和促进排屑的作用，有利于提高钻进效率。多功能高压喷头使射流可以从钻进方向和与钻进垂直方向两个方向射出，使射流具备完成辅助钻进和切割样品的功能。二氧化碳回收循环模块解决空间环境钻探取样可携带设备和物料有限的问题，为在空间环境长时间采样提供可能。

技术领域

本发明涉及空间环境地层钻进采样领域，尤其涉及一种空间环境土壤采样装置及其方法。

背景技术

近年来，我国航天事业发展迅猛，尤其在外星球探测研究尤为活跃。而接下来的发展离不开空间外星球土壤和岩石的采样和分析。利用合适的机器获取外星球原位样品并加以分析对我国的航天事业发展尤为重要。而由于现有的情况和实践结果看，外星球表面地质情况复杂，钻进取样中有许多难题：(1)岩石复杂硬岩破碎较为困难，出现“钻不动”的现象；(2)排屑不畅通影响影响钻进速度；(3)外星球取样所能携带的设备有限；(4)样品大多为碎屑完整度不高。如何破解困扰与障碍，改进和完善外星球复杂地层钻进取样已经成为我国顺利开展外星球探测亟待解决的一项关键技术。由于外星球探测任务的特殊性，研制作业稳定、功能全面、续航能力强的新型自动取样装置势在必行又迫在眉睫。

发明内容

为解决空间环境复杂地层钻进取样所存在的技术问题，本发明提供了一种空间环境土壤采样装置及其方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种空间环境土壤采样装置，主要包括采样模块、二氧化碳循环模块和样品回收模块；所述采样模块包括钻头、多功能高压喷头、钻芯、控制器、钻杆、液压钻卡盘、旋转输水器、可旋转桩座、固定桩和稳定桩；所述二氧化碳循环模块包括可升降密封罩、吸收罩、二氧化碳过滤装置、二氧化碳液化装置、储存罐和压力泵；所述样品回收装置包括机械臂、备用钻芯、传送带和样品储存仓。

优选地，所述二氧化碳过滤装置、二氧化碳液化装置、储存罐、压力泵、旋转输水器和多功能高压喷头依次通过保温保压管连接；压力泵可对液态二氧化碳加压形成液态二氧化碳射流，然后经多功能高压喷头射出；所述二氧化碳过滤装置分为过滤箱和岩屑储存箱；过滤箱和岩屑储存箱之间设置有可开合隔板且通过保温保压管连接。

优选地，所述液压钻卡盘安装在固定桩上，液压钻卡盘可沿固定桩上下移动和定位，液压钻卡盘可驱动钻杆与钻头旋转并推进钻杆与钻头进行钻进；所述固定桩铰接在可旋转桩座上；固定桩可绕可旋转桩座转动，进而可带动钻头和钻杆转动以改变自身位置便于机械臂取芯；所述钻头在钻进过程中，固定桩与可旋转桩座是锁定状态，不发生相对运动。

优选地，所述钻头的钻芯是可替换的；钻头钻芯连接处设置有钻头卡口，钻芯上部设置有钻芯卡口；钻头卡口和钻芯卡口相互连接。

优选地，所述储存罐中的液态二氧化碳是可通过吸收罩、过滤装置、二氧化碳液化装置循环回收的；所述过二氧化碳过滤装置中的过滤液也可以循环使用；所述可升降密封罩设置在钻杆外围，可升降密封罩包围着钻杆；同时可升降密封罩可以将地面和采样装置包围成一封闭空间，以防止二氧化碳流失。

优选地，所述升降密封罩底部设置有橡胶边缘，以实现和地面的紧密接触。

优选地，所述多功能高压喷头上部设置有射流喷头控制器；所述多功能高压喷头设置由两路射流出口，钻进方向出口和钻进垂直方向出口；射流喷头控制器设置有两个工作位置，可分别使多功能高压喷头向钻进方向或钻进垂直方向射出高压射流。

优选地，采样装置底部设置有履带车轮和稳定桩；采样装置设置有供钻杆穿出的出口，钻杆出口处设置有可往复开启与关闭的舱门。