[發明專利]一種火星鉆屑氣力輸送系統及其工作方法

在審

• 申請號: 202011563514.X
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112693901A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 李麗芳;姜生元;胡松梅;季節;陳化智;殷參;遲關心
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B65G53/52
• 分類號: B65G53/52;B65G53/58;B65G53/66;F17D1/07;F17D3/01
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明公開了一種火星鉆屑氣力輸送系統及其工作方法。所述輸送系統包括大氣增壓裝置、氣源系統、鉆屑氣力輸送機構和控制系統；所述大氣增壓裝置收集火星表面的大氣進行增壓，壓差產生高的風速，帶動火星土壤運動；所述氣源系統讓大氣增壓后的氣體輸送至鉆屑氣力輸送機構；所述鉆屑氣力輸送機構利用氣源系統輸送來的氣體工作；所述控制系統控制整個輸送系統的工作。本發明首次實現了原位大氣收集及氣力輸送結合的顆粒方式。

技術領域

本發明屬于火星探測領域，具體涉及一種火星鉆屑氣力輸送系統及其工作方法。

背景技術

采用探測機具實現地外天體深探，需要將鉆孔內的土壤排出使得機具與土壤發生空間置換而潛入。傳統的鉆桿連續排屑方式結構重量大、深鉆多桿組接系統復雜，且排屑作用面長、負載大；鏟斗式排屑方式需在星表額外設置傾倒和復位機構，提升時的振動易使斗內土壤掉落，且會刮擦孔壁，破壞孔壁穩定性；滑輪繩索方式相當于將鏟斗方式連續化，將鏟斗縮小附著于繩索上或直接以繩索黏附土壤，單次能攜帶的土壤較少，可能存在輸送效率較低的問題；利用表面結構仿生蠕動排屑的方式尚停留在概念階段，未見實物報道。

面向地外天體探測需求的土壤氣力輸送技術自20世紀90年代初提出后，除在星壤鉆孔氣力輔助排屑應用外，還衍生出星壤氣力采樣與輸送、星壤氣力挖掘與貫入等多種應用形式。但總體而言國內外開展的相關研究較少，且應用背景多為月球真空環境下的星壤氣力操作，由探測器攜帶高壓氣源進行一次性吹除使用。對于火星稀薄大氣環境下的土壤氣力操作問題研究較少；在火星表面利用空壓機對火星大氣進行原位收集增壓并供給氣力輸送系統作為高壓氣源屬于較為新穎的應用形式。另一方面，目前已開展的研究中以實驗研究及可行性驗證為主，對于氣力輸送過程的基本特性研究有待進一步深化。

發明內容

本發明提供一種火星鉆屑氣力輸送系統及其工作方法，首次實現了原位大氣收集及氣力輸送結合的顆粒方式。

本發明通過以下技術方案實現：

一種火星鉆屑氣力輸送系統，所述輸送系統包括大氣增壓裝置、氣源系統、鉆屑氣力輸送機構和控制系統；

所述大氣增壓裝置收集火星表面的大氣進行增壓，壓差產生高的風速，帶動火星土壤運動；

所述氣源系統讓大氣增壓后的氣體輸送至鉆屑氣力輸送機構；

所述鉆屑氣力輸送機構利用氣源系統輸送來的氣體工作；

所述控制系統控制整個輸送系統的工作。

進一步的，所述大氣增壓裝置包括空氣壓縮機、儲氣罐；所述氣源系統包括包括儲氣罐、電動閥Ⅰ、電動閥Ⅱ、氣體質量流量控制器；所述鉆屑氣力輸送包括輸氣管路；所述輸氣管路通過輸氣管與電動閥Ⅰ相連接，所述電磁閥分別與繼電器和氣體質量流量控制器相連接，所述氣體質量流量控制器和繼電器均與電動閥Ⅱ相連接，所述電動閥Ⅱ與儲氣罐相連接，所述儲氣罐分別與空氣壓縮機和壓力計相連接，所述壓力計和空氣壓縮機分別與中心控制器連接；所述輸氣管路還與位移檢測模塊相連接。

一種火星鉆屑氣力輸送系統，所述輸送系統包括空氣壓縮機、儲氣罐、電動閥Ⅰ、電動閥Ⅱ、氣體質量流量控制器、繼電器模塊、中心控制器、位移檢測模塊、輸氣管、輸氣管路和壓力計；所述空氣壓縮機將氣流輸送至儲氣罐，所述儲氣罐中的氣流經過電動閥Ⅱ輸送至氣體質量流量控制器，所述氣體質量流量控制器的氣流經過電動閥Ⅰ和輸氣管輸送至輸氣管路；

所述輸氣管路將位移信號傳輸至中心控制器，所述中心控制器將控制性分別發送至氣體質量流量控制器、繼電器模塊和空氣壓縮機，所述儲氣罐通過壓力傳感器將壓力信號發送至中心控制器。

進一步的，所述輸氣管路為包卷式輸氣管路。

一種火星鉆屑氣力輸送系統的工作方法，所述工作方法包括以下步驟：