面向深空探测的星球钻取采样技术综述-宇航学报.PDF

第３８卷 第６期 宇　航　 　报 Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．６ ２０１７年６月　 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ Ｊｕｎｅ　２０１７ 面向深空探测的星球钻取采样技术综述 唐钧跃，邓宗全，陈崇斌，王印超，全齐全，姜生元，唐德威 （哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨１５０００１） 　　摘　要：回顾国内外星球钻取采样技术发展现状的基础上，详细论述了星壤的物理力学特性及模拟星壤制备 工艺，着重分析了钻进取心特性实验及理论研究成果，深入剖析了包含钻进状态参数辨识及自主钻进控制在内的 星球自适应钻进规程关键技术问题。在此基础上，以我国探月三期工程无人钻取采样任务为研究背景，提出了对 星球钻取采样技术的展望与建议。 关键词：深空探测；星球钻取采样；星壤；钻进取心特性；自适应钻进 中图分类号：ＴＨ１３２４１　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１０００１３２８（２０１７）０６０５５５１１ ＤＯＩ：１０．３８７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１３２８．２０１７．０６．００１ ＲｅｖｉｅｗｏｆＰｌａｎｅｔａｒｙＤｒｉｌｌｉｎｇ＆ＣｏｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＯｒｉｅｎｔｅｄ ＴｏｗａｒｄｓＤｅｅｐＳｐａｃｅＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ＴＡＮＧＪｕｎｙｕｅ，ＤＥＮＧＺｏｎｇｑｕａｎ，ＣＨＥＮＣｈｏｎｇｂｉｎ，ＷＡＮＧＹｉｎｃｈａｏ， ＱＵＡＮＱｉｑｕａｎ，ＪＩＡＮＧＳｈｅｎｇｙｕａｎ，ＴＡＮＧＤｅｗｅｉ （ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＳｙｓｔｅｍ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｖｉｅｗｏｆｐｌａｎｅｔａｒｙｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｃｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｌａｂｏｒａｔｅｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｌａｎｅｔａｒｙｒｅｇｏｌｉｔｈａｎｄｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｓｏｉｌｓｉｍｕｌａｎｔ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｃｏｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｓｅｌｆａｄａｐｔｉｖｅｄｒｉｌｌｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇｓｔａｔｅｓｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌａｒｅｃａｒｅｆｕｌｌｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｂｏｖｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｓｐｅｃｔｓａｎｄａｄｖｉｃｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒＣｈｉｎａｌｕｎａｒｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｅｅｐｓｐａｃｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ；Ｐｌａｎｅｔａｒｙｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｃｏｒｉｎｇ；Ｐｌａｎｅｔａｒｙｒｅｇｏｌｉｔｈ；Ｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｃｏｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；Ｓｅｌｆａｄａｐｔｉｖｅｄｒｉｌｌｉｎｇ 土体破坏方法，钻取采样借助采样钻具的回转和进 ０　引　言 尺耦合运动可相对高效、便捷、稳定地去除表层土 对未知世界的探索，是人类发展的永恒动力；对 体，在获取沿深度方向星壤样品的同时，可显著减少 ［１ ２］ 茫茫宇宙的认知，是人类进步的不懈追求 。从 对周围原位星壤的破坏，因此该方法当前已被广泛