[发明专利]一种模拟月基环境钻进过程微波辅助破岩装置及其方法

说明书

本发明公开了一种模拟月基环境钻进过程微波辅助破岩装置及其方法，包括：岩芯筒、拟月真空模块、微波模块、钻进模块和数据获取模块；岩芯筒内放置待破碎的岩石；拟月真空模块用于将岩芯筒内抽成真空以模拟月基环境；微波模块用于产生微波和向待测岩石发射微波以辅助钻进模块对岩石进行取样；钻进模块穿过岩芯筒对岩芯筒内的岩石进行钻进取样。本发明提供的模拟月基环境钻进过程微波辅助破岩装置，通过拟月真空模块、钻机以及微波模块有机的集成，实现模拟月球高真空环境下的微波联合钻机高效破岩试验，为月球资源和空间的安全高效开发提供技术及理论支撑。

技术领域

本发明专利涉及月球取芯探矿、采矿技术和岩土工程领域，具体为一种室内尺度下模拟月球环境中微波协同钻机联合破岩装置。

背景技术

深空探测中在钻进取芯、资源勘探以及基础设施建设中均不可避免的涉及到岩石破碎等问题，已有研究表明，月球浅层位松散的月壤，而往月球深部延伸时，主要由陨石和玄武岩等坚硬成分构成，而传统机械破岩设备由于其能耗大，体积大，效率低等缺陷已经不适用与深空高效破岩过程。因此，岩石破碎已成为亟待突破的难题，已成为制约深空探测发展的重要难题。亟需开展在真空环境下的高效破岩研究，发展新型破岩技术手段，革新破岩理念，以期为月球资源和空间的安全高效开发提供技术及理论支撑。

已有研究表明硬岩作为一种典型的脆性材料，一旦其内部出现裂纹则会导致其强度的大幅下降，因此可以通过特有的技术手段对硬岩进行预处理，使其内部出现大量裂纹之后再进行钻进作业，从而大幅提升钻进效率和减少破岩能耗。而微波破岩由于其效率高、选择性加热及无二次污染等特点有望对硬岩进行致裂弱化硬岩，进而实现高效破岩。因此微波加热被引入到硬岩破碎领域中，虽然已有学者将微波加热引入到硬岩破碎领域，并研究论证了微波与机械设备协同破岩的可行性。然而针对月球真空环境下，微波联合钻机协同钻井破岩的相关研究及技术装备鲜有报道，因此亟需研发一种试验装置来模拟月基环境，采用微波联合钻机进行高效破岩，为将来月球环境下破岩勘探提供借鉴和参考。

发明内容

本发明的目的在于填补现有技术手段的空白，提供一种模拟月球高效破岩的新型破岩装置及其方法，不但可以模拟月球高真空环境，也可以同步开展微波联合钻机协同破岩试验，并且可以实现实时数据采集，具有较强的科学意义和应用价值。

本发明采用的技术方案为：一种模拟月基环境钻进过程微波辅助破岩装置包括：岩芯筒、拟月真空模块、微波模块、钻进模块和数据获取模块；

所述岩芯筒内放置待破碎的岩石；

所述拟月真空模块设置在岩芯筒外侧，用于将岩芯筒内抽成真空以模拟月基环境；

所述微波模块设置在岩芯筒上，用于产生微波和向待测岩石发射微波以辅助钻进模块对岩石进行取样；

所述钻进模块穿过岩芯筒对岩芯筒内的岩石进行钻进取样；

所述数据获取模块包括设置在岩芯筒内的传感器以及与之信号连接的工作站，用于实时监控岩石状态。

作为优选，所述钻进模块包括设置在岩芯筒内的切削齿和驱动切削齿破碎岩石的钻机，钻机穿过岩芯筒驱动切削齿，钻机与岩芯筒设置有密封结构保持岩芯筒密封。

作为优选，所述微波模块包括设置在岩芯筒外用于产生微波的磁控管，磁控管通过同轴波导将微波传送给微波馈口，微波馈口正对岩石取样处用于向岩石射出微波，同轴波导穿过岩芯筒传递微波，同轴波导与岩芯筒之间设置有密封结构保持岩芯筒密封。

作为优选，所述切削齿为圆环形，微波馈口设置在切削齿的中心。

作为优选，所述同轴波导与微波馈口连接段设置有伸缩装置，使该段同轴波导带着微波馈口伸缩。