[发明专利]微重力环境下岩土体碰撞回弹试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了微重力环境下岩土体碰撞回弹试验装置及试验方法，涉及岩石力学领域。一种微重力环境下岩土体碰撞回弹试验装置，用于着陆器模拟物与岩土体之间的碰撞回弹试验，其包括支架、移动结构、摆绳和固定器。移动结构活动连接于支架，并能沿第一方向做往复运动，移动结构用于可脱离地卡接于着陆器模拟物。摆绳的一端连接于支架，摆绳的另一端用于连接着陆器模拟物。固定器连接于支架，并且固定器位于摆绳的下方，固定器用于安装岩土体。一种试验方法，其应用于上述的微重力环境下岩土体碰撞回弹试验装置。本发明提供的微重力环境下岩土体碰撞回弹试验装置及试验方法能有效地进行微重力环境下的岩土体碰撞回弹试验。

技术领域

本发明涉及模拟试验装置技术领域，具体而言，涉及微重力环境下岩土体碰撞回弹试验装置及试验方法。

背景技术

小行星上蕴含有丰富的矿产资源，美国、日本、卢森堡等国政府均以立法的形式支持太空采矿。目前，已经有深空工业公司、开普勒能源与空间工程公司和行星资源公司等私人公司提出了太空采矿的意向，并公布了自己的计划或设想。美国国家航空航天局(NASA)宣布，将在2022年前去探访灵神星(16Psyche)，灵神星几乎全由金属构成，包括铁、镍、黄金、铂金等，具有巨大的商业开采潜力。我国正规划实施小行星探测任务，目前已利用嫦娥2号月球探测器飞越了4179号小行星Toutatis。小行星矿产资源的开采正在迅速地变成工程上可以实现的事实，在可预见的未来，小行星矿产资源的勘探开发将成为利润丰厚的行业。

从1991年起“伽利略”号拍摄到人类历史上首张小行星的特写至今，世界各国已进行多次小行星探索，然而，由于小行星所特有的微重力环境，其逃逸速度仅为cm/s级别，登陆小行星的着陆器很容易与小行星表面岩土体发生碰撞，进而产生回弹初速度，导致其着陆姿态与着陆地点失去控制，回弹初速度甚至可能超过逃逸速度，最终导致着陆器登陆任务失败。欧空局发射的罗塞塔号彗星探测器所释放的“菲莱”着陆器未着陆到预定位置，原因就在于对预定降落点岩土体力学性质尤其碰撞回弹特性估计不足，导致“菲莱”着陆后回弹，再次落地后又发生第二次回弹翻滚，最终降落位置距离预定位置千米有余，导致“菲莱”落入阳光很难照射到的区域，在完成一部分科学任务之后，最终耗尽电量与控制中心失去联系。可见，微重力环境下岩土体碰撞回弹问题是小行星探测着陆器安全着陆的关键科学问题之一，目前尚没有针对微重力环境下的岩土体碰撞回弹特性研究的试验方法和相应的装置可供使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微重力环境下岩土体碰撞回弹试验装置，其结构简单，并能有效地进行微重力环境下的岩土体碰撞回弹试验。

本发明的另一目的在于提供一种试验方法，其能有效地进行微重力环境下的岩土体碰撞回弹试验。

本发明提供一种技术方案：

一种微重力环境下岩土体碰撞回弹试验装置，用于着陆器模拟物与岩土体之间的碰撞回弹试验，所述微重力环境下岩土体碰撞回弹试验装置包括支架、移动结构、摆绳、固定器和监测系统。所述移动结构活动连接于所述支架，并能沿第一方向做往复运动，所述移动结构用于可脱离地卡接于所述着陆器模拟物。所述摆绳的一端连接于所述支架，并且所述摆绳位于所述移动结构第一方向上的一侧，所述摆绳的另一端用于连接所述着陆器模拟物。所述固定器连接于所述支架，并且所述固定器位于所述摆绳的下方，所述固定器用于安装所述岩土体。所述监测系统设置于所述摆绳的下方，用于监测所述着陆器模拟物。

进一步地，所述摆绳具有第一端和第二端，所述第一端连接于所述支架，所述第二端用于连接所述着陆器模拟物，所述固定器位于所述第一端的正下方，并且所述第一端与所述固定器的距离等于所述第一端与所述第二端之间的距离。

进一步地，所述微重力环境下岩土体碰撞回弹试验装置还包括速度传感器，所述速度传感器设置于所述移动结构与所述固定器之间，并且所述速度传感器贴靠于所述固定器。