[科普中国]-月球表层取心

简介

我国的探月工程分为三个阶段，已经完成了“绕”和“落”两个阶段。第三阶段“回”的任务之一是钻进到月球次表层以下指定深度并采集一定质量的月壤样品。月球环境的特殊性增加了钻取采样任务的难度，为了保证任务顺利完成，需要结合月球土壤的特性对采样钻具的钻进功耗进行研究。并在地面环境下模拟月球的土壤进行模拟实验1。

次表层取心钻具工作原理月球次表层取心钻具主要由取心钻头、螺旋钻杆和取心机构组成。取心钻具安装在月球着陆器上，当着陆器降落到月面后，取心钻在回转驱功机构的驱动下钻入月球次表层。钻头的主要功能是破碎月壤和岩石。在钻进过程中形成月壤样心；螺旋钻杆的主要功能是输送被钻头破碎后的碎屑至钻孔外部，为钻具的进尺运动提供空间；取心机构的功能是将钻进过程中形成的月壤样心用取心软袋包裹住，使其原有状态不受钻进运动扰动。保持心管隔离软袋和钻具内壁，以利于样心的提取根据取心钻具的各部分功能，将其钻进功耗分为取心钻头切削月壤和螺旋钻杆输土功耗两部分。

国外发展情况1969-1972年，美国曾先后5次登上月球。其中“阿波罗”15号的宇航员用手持电钻取得了月球表面0.7深处的土样。月球表面钻探技术的奥秘是在不使用循环介质的情况下能冷却钻头、排除岩屑和回收岩心；在真空和低重力条件下建立全部机构并完成钻探使命。

1972年12月“阿波罗”17号登月时，地质学家H·H·施密特操作干式作业的月面钻机用空心螺旋钻杆带取心管和特制的表镶金刚石钻头，钻了3个深度2.5-3m的钻孔，其中两个钻孔中安装了测温探头，另一个钻孔中取出了月球土壤。钻机用干电池驱动，钻头转速280r/ min，取心管长460mm，可取出直径19mm的岩心2。

总结1.在保证高取心率为目标的前提下，在阻力转矩允许范围内，适当降低钻具回转转速，可使取心钻具的钻进功耗降低。

2.在进给速度不变的条件下，取心钻具的回转钻进功耗随速度的增加而增加，而钻进阻力转矩随速度的减小而增大。

3.建立的取心钻具回转功耗理论模型能够正确反映实验曲线的变化趋势，可依据模型对钻具的功耗进行预估3。