姚猛 郑燕红 赵志晖 金晟毅 司永顺 韩璐

(北京空间飞行器总体设计部，北京 100094)



一种月表采样器合理铲挖深度的研究

姚猛 郑燕红 赵志晖 金晟毅 司永顺 韩璐

(北京空间飞行器总体设计部，北京 100094)

铲挖深度是月表采样器的重要技术指标，合理的铲挖深度需既能降低采样器安全风险又可确保一定的采样效率。设计了一种斜插式铲挖方法的月表采样器，针对其构型与铲挖方法,在Reece模型的基础上，通过离散元法推导了月表采样器铲挖阻力矩的表达式。参考历次阿波罗飞船(Apollo)月壤样本数据，在实验室环境下构筑了与月壤物理特性相匹配的模拟月壤，并测得模拟月壤的物理特性参数。然后，根据所测得模拟月壤的物理特性参数，利用所推导的铲挖阻力矩表达式，对月表采样器典型输出力矩下的铲挖深度进行了仿真分析与试验验证，仿真分析结果与试验结果吻合。根据试验结果与月表采样器设计参数确定了合理的铲挖深度，可为月表采样器在月面采样时提供参考。

采样器；铲挖阻力矩；仿真与验证；铲挖深度

1 引言

目前，我国正在开展探月三期工程，其主要任务是实现月面采样及返回[1]。为实现月面采样，机械臂携带采样器在月面进行多点多次采样。采样器铲挖深度将会对采样效率与安全性产生直接影响，铲挖深度较浅时会降低单次采样量，从而增加采样次数与月面工作时间；而铲挖深度较深时，采样器的驱动力矩可能无法满足铲挖阻力矩要求导致采样器卡滞在月壤中，当采样器卡滞在月壤中时，采样器会发生堵转进而可能烧毁电机，对采样器造成较大的安全风险。……