[发明专利]一种火星钻屑气力输送系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种火星钻屑气力输送系统及其工作方法。所述输送系统包括大气增压装置、气源系统、钻屑气力输送机构和控制系统；所述大气增压装置收集火星表面的大气进行增压，压差产生高的风速，带动火星土壤运动；所述气源系统让大气增压后的气体输送至钻屑气力输送机构；所述钻屑气力输送机构利用气源系统输送来的气体工作；所述控制系统控制整个输送系统的工作。本发明首次实现了原位大气收集及气力输送结合的颗粒方式。

技术领域

本发明属于火星探测领域，具体涉及一种火星钻屑气力输送系统及其工作方法。

背景技术

采用探测机具实现地外天体深探，需要将钻孔内的土壤排出使得机具与土壤发生空间置换而潜入。传统的钻杆连续排屑方式结构重量大、深钻多杆组接系统复杂，且排屑作用面长、负载大；铲斗式排屑方式需在星表额外设置倾倒和复位机构，提升时的振动易使斗内土壤掉落，且会刮擦孔壁，破坏孔壁稳定性；滑轮绳索方式相当于将铲斗方式连续化，将铲斗缩小附着于绳索上或直接以绳索黏附土壤，单次能携带的土壤较少，可能存在输送效率较低的问题；利用表面结构仿生蠕动排屑的方式尚停留在概念阶段，未见实物报道。

面向地外天体探测需求的土壤气力输送技术自20世纪90年代初提出后，除在星壤钻孔气力辅助排屑应用外，还衍生出星壤气力采样与输送、星壤气力挖掘与贯入等多种应用形式。但总体而言国内外开展的相关研究较少，且应用背景多为月球真空环境下的星壤气力操作，由探测器携带高压气源进行一次性吹除使用。对于火星稀薄大气环境下的土壤气力操作问题研究较少；在火星表面利用空压机对火星大气进行原位收集增压并供给气力输送系统作为高压气源属于较为新颖的应用形式。另一方面，目前已开展的研究中以实验研究及可行性验证为主，对于气力输送过程的基本特性研究有待进一步深化。

发明内容

本发明提供一种火星钻屑气力输送系统及其工作方法，首次实现了原位大气收集及气力输送结合的颗粒方式。

本发明通过以下技术方案实现：

一种火星钻屑气力输送系统，所述输送系统包括大气增压装置、气源系统、钻屑气力输送机构和控制系统；

所述大气增压装置收集火星表面的大气进行增压，压差产生高的风速，带动火星土壤运动；

所述气源系统让大气增压后的气体输送至钻屑气力输送机构；

所述钻屑气力输送机构利用气源系统输送来的气体工作；

所述控制系统控制整个输送系统的工作。

进一步的，所述大气增压装置包括空气压缩机、储气罐；所述气源系统包括包括储气罐、电动阀Ⅰ、电动阀Ⅱ、气体质量流量控制器；所述钻屑气力输送包括输气管路；所述输气管路通过输气管与电动阀Ⅰ相连接，所述电磁阀分别与继电器和气体质量流量控制器相连接，所述气体质量流量控制器和继电器均与电动阀Ⅱ相连接，所述电动阀Ⅱ与储气罐相连接，所述储气罐分别与空气压缩机和压力计相连接，所述压力计和空气压缩机分别与中心控制器连接；所述输气管路还与位移检测模块相连接。

一种火星钻屑气力输送系统，所述输送系统包括空气压缩机、储气罐、电动阀Ⅰ、电动阀Ⅱ、气体质量流量控制器、继电器模块、中心控制器、位移检测模块、输气管、输气管路和压力计；所述空气压缩机将气流输送至储气罐，所述储气罐中的气流经过电动阀Ⅱ输送至气体质量流量控制器，所述气体质量流量控制器的气流经过电动阀Ⅰ和输气管输送至输气管路；

所述输气管路将位移信号传输至中心控制器，所述中心控制器将控制性分别发送至气体质量流量控制器、继电器模块和空气压缩机，所述储气罐通过压力传感器将压力信号发送至中心控制器。

进一步的，所述输气管路为包卷式输气管路。

一种火星钻屑气力输送系统的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：