火星表面土壤力学性能参数研究

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1、第２２卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．４２０１６年８月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｕｇ．２０１６火星表面土壤力学性能参数研究１，２１１３，４刘兴杰，苏波，江磊，袁宝峰（１．中国北方车辆研究所，北京１０００７２；２．北京交通大学，北京１０００４４；３．北京空间飞行器总体设计部，北京１０００９４；４．空间智能机器人系统技术与应用北京市重点试验室，北京１０００９４）摘要：行星表面的土壤力学特性及基于轮壤接触力学的牵引性能是星球车行走系统设计过程的重点。以车辆地面力学理论为基础，总结分析了月壤及火星土壤力学参数特点。基于模拟月壤力学参数模型

2、建立方法，提出疏松细粒类、适中块状类、密实硬质类三种类型的模拟火星土壤力学参数模型，涵盖火星表面从低承载力到硬实地面的表层土壤类型，为模拟火星土壤制备、建立火星车轮壤力学模型、进行星球车行走系统设计及地面牵引性能试验提供技术支持。关键词：月球车；火星车；土壤力学参数；车辆地面力学中图分类号：Ｖ４７６?３文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０４⁃０４５９⁃０７ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＭａｒｔｉａｎＳｕｒｆａｃｅＳｏｉｌ１，２１１３，４ＬＩＵＸｉｎｇｊｉｅ，ＳＵＢｏ，ＪＩＡＮＧＬｅ

3、ｉ，ＹＵＡＮＢａｏｆｅｎｇ（１．ＣｈｉｎａＮｏｒｔｈＶｅｈｉｃｌｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４，Ｃｈｉｎａ；３．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ；４．ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｐａｃｅＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ

4、１０００９４，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｏｉｌｏｎｐｌａｎｅｔｓｕｒｆａｃｅａｎｄｔｈｅｃｈａｓｓｉｓｔｒａｃｔｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍ⁃ａｎｃｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｗｈｅｅｌ⁃ｓｏｉｌｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｐｌａｎｅｔｒｏｖｅｒｄｅ⁃ｓｉｇｎ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＶｅｈｉｃｌｅＴｅｒｒａｉｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｌｕｎａｒａｎｄＭａｒｔｉａｎｓｏｉｌｗ

5、ｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｄｔｈｅＭａｒｔｉａｎｓｏｉｌｓｉｍｕｌａｎｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｍｏｄｅｌｗａｓｓｅｔｕｐ．Ｔｈｒｅｅｓｉｍｕｌａｎｔｓｏｉｌｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｌｏｏｓｅｇｒａｉｎｅｄｄｒｉｆｔａｎａｌｏｇｕｅ，ｍｅｄｉｕｍｇｒａｉｎｅｄｂｌｏｃｋｙａｎａｌｏｇｕｅ，ａｎｄｃｌｏｓｅｇｒａｉｎｅｄｃｒｕｓｔｙａｎａｌｏｇｕｅ，ｆｒｏｍｌｏｗｃａｒｒｙｃａｐａｃｉｔｙｔｏｈｉｇｈｃａｒｒｙｃａｐａｃｉｔｙ．Ｔｈｅｆｏｕｎｄｉｎ

6、ｇｏｆｔｈｅｗｈｅｅｌ⁃ｓｏｉｌｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｅｃｈｎｉ⁃ｃａｌｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｐｒｅｐａｒｉｎｇＭａｒｔｉａｎｓｏｉｌｓｉｍｕｌａｎｔａｎｄｇｕｉｄｅｔｈｅｍｏｂｉｌｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｈｅｇｒｏｕｎｄｔｒａｃｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｕｎａｒｒｏｖｅｒ；Ｍａｒｓｒｏｖｅｒ；ｓｏｉｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｖｅｈｉｃｌｅｔｅｒｒａｉｎｍｅｃｈａｎｉｃ力学学科研究的一个重要领域，地面力学理论可１引言用于预测探测器在特定行星表面的行走性

7、能，但月球具有可供人类利用的各种独特资源，一预测计算的前提是获得行星土壤的剪切特性和承直是深空探测的起点和重点。而火星作为类地行压特性等力学参数。获得土壤力学参数的方法包星与地球最为相似，是人类目前探测最为深入的括研制模拟行星土壤和对行星就位土壤进行测试［２］类地行星。从各国的任务规划也可以看出，未来两个方面。本文基于车辆地面力学原理，以月一段时间月球和火星探测仍将是深空探测活动的球和火星的星球探测为基础，开展月球及火星行［１］重点。探测器在行星表面的行走问题是地面星表面土壤力学参数研究。收稿日期：２０１５⁃１２⁃０４；修回日期：２０１６⁃０

8、６⁃１４基金项目：载人航天预先研究项目（０３０１０２）作者简介：刘兴杰（１９８２－），女，博士研究生，副研究员，研究方向为星球车、移动机器人、车辆地面力学。Ｅ⁃ｍａ