[发明专利]一种小行星采矿采样机械的锚定装置

说明书

本发明涉及一种小行星采矿采样机械的锚定装置，包括多个设于采样机械周围的机械臂，以及设于机械臂端部的多段式钻头套管；其中多段式钻头套管包括膨胀调节丝杆，以及依次套设于膨胀调节丝杆上的光滑根部套管、膨胀锚定套管、钻进螺纹套管，膨胀调节丝杆的底端与钻进螺纹套管内壁螺纹连接。与现有技术相比，本发明通过膨胀锚定套管向外膨胀扩张形成嵌入小行星土壤内部的手指状卡爪，结合钻进螺纹套管头部处的钻进螺纹，实现双重锚定效果，进而保证该锚定装置与小行星表面的可靠固定。

技术领域

本发明属于航天与星际采矿技术领域，涉及一种小行星采矿采样机械的锚定装置。

背景技术

小行星一般认为是太阳系形成早期的残留物，广泛存在于整个太阳系内，对于研究太阳系的起源与演化具有重要意义。截止2020年7月，天文学家已经发现了超过15000颗的近地小行星，而且这个数量在以每个月几百颗的速度增加。而依据小行星的构成，可划分为碳质(C类)、岩石质(S类)、金属质(M类)等。其中不少M类小行星还富含镍、金、铂等贵重金属，空间资源十分丰富。

美国宇航局(NASA)、欧洲空间局(ESA)、日本宇宙空间研发机构(JAXA)等机构都已经完成了小行星的交会、着陆、采样等任务。特别需要指出的是美国政府与卢森堡政府都批准了民营企业，行星资源公司(Planetary Resource)与深空工业公司(Deep SpaceIndustry,DSI)开展小行星采矿业务。这两家公司都已经开始了在轨实验，以实现低成本的矿产勘探，并对具有较高经济价值的小行星实行开采任务。

现有的小行星采样采矿的技术路线大致可分为四种：

1)接触式法：采样机贴近小行星表面后利用高压空气松动地表风化层后送入收集装置；

2)撞击法：采用弹丸射击或者撞击小行星表面。由于小行星的重力微弱，反弹引起的岩屑将沿样本收集器内壁弹射进入样本容器；

3)抓捕法：探测器抵达后对小行星捕捉并消旋，将探测器和小行星的共同体转移至地月轨道。其后发射载人飞船完成对接，宇航员出仓采样作业；

4)钻井法，利用钻头使得地下岩石粉碎后暴露，利用传输收集装置完成样本采集。

当然除了上述这些外，还有振动、超声波等其他非主流的概念方法。其中接触式法与撞击法可能只适合于小规模的采样，而捕捉法只适用于小天体，且具有技术难度大等特点。目前最主流的是钻井法，钻井过程前需要将矿机或者采样机与小行星表面相互锚定，但由于小行星表面的微重力环境，其岩屑或小行星土壤的结构比较松散，这使得锚点过程变得比地球表面的实施更加困难，尤其是在垂直方向。本发明以此为背景，提出一种用于小行星采矿采样机械的锚定装置。

发明内容

本发明的目的就是提供一种小行星采矿采样机械的锚定装置，用于解决现有小行星采矿采样机械在小行星土壤表面固定效果较差的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种小行星采矿采样机械的锚定装置，包括多个设于采样机械周围的机械臂，以及设于机械臂端部的多段式钻头套管；

所述的多段式钻头套管包括膨胀调节丝杆，以及依次套设于膨胀调节丝杆上的光滑根部套管、膨胀锚定套管、钻进螺纹套管，所述的膨胀调节丝杆的底端与钻进螺纹套管内壁螺纹连接。

进一步地，所述的膨胀锚定套管侧壁上沿周向并列布设有多个断裂槽，多个断裂槽将膨胀锚定套管侧壁分隔为多个膨胀节段。

进一步地，所述的膨胀节段为向外凸出的弧形节段。

进一步地，多个膨胀节段的顶端与光滑根部套管底端之间、多个膨胀节段的底端与钻进螺纹套管顶端之间均设有加强筋。

进一步地，所述的膨胀锚定套管的顶端与底端之间设有柔性密封环套，所述的柔性密封环套位于膨胀节段与膨胀调节丝杆之间。