[发明专利]一种辅助外星球矿物取样的聚能装药结构

说明书

本发明公开了一种辅助外星球矿物取样的聚能装药结构，包括：起爆机构，壳体，炸药柱，环形药型罩，飞片和缓冲体；壳体为阶梯轴状圆管，其两端分别开口，炸药柱同轴装填在壳体大端的内部空腔中，使炸药柱一端抵触在壳体的内底面上、另一端通过环形药型罩与壳体的端部压紧配合，且环形药型罩的凸面压紧在炸药柱的端部；环形药型罩中心端面与炸药柱之间安装有飞片，飞片与炸药柱之间设置缓冲体；壳体小端内部设置起爆机构，用于起爆炸药柱；其中，环形药型罩包括：环形凹槽和一体连接在环形凹槽中心的圆形端面，且环形凹槽的横截面为月牙形，其与圆形端面相连的一端为内侧，与壳体相连的一端为外侧，使环形凹槽内侧的壁厚大于外侧的壁厚。

技术领域

本发明涉及工程爆破、外星球矿物取样技术领域，尤其涉及一种辅助外星球矿物取样的聚能装药结构，具体涉及一种在外星球上利用炸药柱爆炸、聚能、破碎效应粉碎坚固矿物并收集有效小样本的聚能装药结构结构。

背景技术

通常在地球表面进行的矿物取样是指从矿体、矿山等按一定规格或重量要求采取一定数量的矿物样品，通过分析、试验、鉴定来对矿石及岩石进行矿物学、矿相学及岩石学的研究，以查明矿石及围岩的矿物成分及含量，共生组合、结构构造、矿物粒级和嵌布特征、矿物化学成分及次生变化等，对查明矿石质量，配置矿石加工技术，了解矿床开采条件等具有非常重要的意义。

而对外行星表面矿物进行取样及研究对于探索外星球表面基本矿石环境，了解外星球矿物环境历史演化乃至未来的矿物开采工作具有重要意义。一般在地球表面的矿物取样方法较多，包括刻槽法、拣块法、刻线法、网格法、打眼法、全巷法、剥离法、钻探法等。但在真空无氧、低重力的外星球特殊环境中，有人或无人探测机械功率与载荷有限，操作与行动受到较大限制，很难像在地表一样灵活地对坚硬大块矿物进行有效的取样操作。

在地球表面由于可方便、灵活地采用各型大功率机械装备，较少使用爆炸的方式进行矿物取样工作，但在外行星表面等真空无氧、低重力的特殊环境中，采用自携氧的小型炸药柱破碎大块矿物后再进行收集取样工作是一种有效的途径。

爆破作业是指利用炸药的爆炸能量对介质做功,以达到预定工程目标的作业，已成为矿物开采中一种非常常用的手段，广泛地应用于煤矿、石料等开采作业中，经过多年来的研究与工程实践，已经形成了一整套完整的前期考察，施工方案，操作流程，安全规范等爆破开采系列技术标准。

但将地表使用的爆破开采技术直接应用于外星球表面的矿物取样工作中不仅会造成原矿物的彻底粉碎，碎块颗粒向四周分散后不利于收集取样，且会给外星球表面活动的人员和器械造成极大的安全隐患，还将有可能彻底改变较大范围内的外星球环境，不利于后续科研考察。因此需要设计一种辅助外星球矿物采样工作的小型炸药柱结构，既可以局部破碎矿物，在原位置处留下大量无污染的有效矿物小样本，实现原位取样，同时对周围环境影响较小，消除对人员和器械的安全隐患。

聚能装药结构是一种在装药凹槽内表面衬有药型罩的装药结构，又称成型装药，其将装药爆炸后凹槽附近炸药能量传递给药型罩，并向轴线汇聚形成具有极强局部侵彻与破坏威力的聚能金属射流。以聚能装药结构为核心的爆炸装置可以在较小装药量条件下，不依赖装置自身的动能或速度对坚固的矿物、岩层等形成较深穿孔和一定破坏，同时对发射、起爆环境没有过高要求，适用范围广，应用方式灵活，在工程作业中已得到大量应用，包括勘探时在土层和岩石上打孔，打捞沉船时切割船体；在野外切割钢板、钢梁；在石油、天然气开采中广泛应用的聚能射孔弹。普通轴向聚能装药结构可以在小药量条件下利用聚能效应对坚固矿物破碎开孔，对周围环境影响和安全隐患也较小，但同时会造成矿物碎块向四周飞散，不利于后续收集采样工作，故还需重新设计特殊的聚能装药结构以辅助外星球表面矿物取样工作。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种辅助外星球矿物取样的聚能装药结构，能够在低重力、真空无氧环境中利用较少的炸药爆炸驱动形成环形射流来侵彻坚硬矿物，同时，驱动飞片破碎大块矿物便于取样。