钻进取样试验用模拟月壤.pdf

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1、第48卷第1期地质与勘探Vo1．48No．12012年1月GE0L0GYANDEXPL0RAT10NJanuary，2012钻进取样试验用模拟月壤殷参，陈轮，董志峰(1．中国矿业大学(北京)，北京100083；2．清华大学水利水电S-程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084)[摘要]钻具在月壤中进行钻进取样，是一个钻具与月壤相互作用的过程。为获得可靠的月壤钻具，在其研制过程中应在月壤里进行钻进试验。但地球上的真实月壤很珍贵，难以满足钻进试验的需要。采用能够较好地模拟真实月壤主要物理力学特性的模拟月壤，代替真

2、实月壤进行钻进取样试验，是月壤钻具研制的一个必要手段。国外已对月壤进行了大量的研究，并取得了丰富的成果。本文在对真实月壤以及模拟月壤研究进行总结的基础上，对月壤钻具研制中所需的模拟月壤进行了简要的阐述，可供月壤钻具研制参考。[关键词]钻具月壤模拟月壤[中图分类号]P691[文献标识码]A[文章编号]0495—5331(01)：0165—5YinShen，ChenLun，DongZhi-feng．Lunarsoilstimulantfordrillingtoolresearch[J]．GeologyandExporation，

3、2012，48(1)：0165-0169．在月球上对月壤进行钻进取样，是探月活动的中，通常都采用模拟月壤代替真实月壤。重要组成部分。进行月壤钻进取样，需采用适于月在国内外进行的大量月球着陆器着陆冲击试壤钻进取样的专门设备和技术。在月壤钻具的研制验、月球车移动性能等试验研究中，都采用模拟月壤中，需采用月壤(或模拟月壤)进行试验研究。代替真实月壤。在钻进取样过程中，模拟月壤的粒在地球上进行岩土工程勘察时，针对不同的土质，径级配、密实状态等特性对钻具与模拟月壤相互作需采用不同的钻探设备和方法。同样，月壤钻探也需用的影响比着陆器着陆

4、冲击等试验的影响更为明要专门的设备和方法。月壤的物理力学性质与地球常显，需要对模拟月壤进行专门的研究。见土壤不同，不能直接采用岩土工程中常用的设备和机1模拟月壤的国内外研究现状具，否则可能出现钻进困难、月壤样品无法取出等问题。在地球上尚未发现与月壤相同的天然土壤。月“模拟月壤”是能够较好地模拟真实月壤的模拟材壤是一种分布于月球表面的散体材料，生成条件和料。根据不同的研究目的，可以侧重于模拟真实月壤所处环境与地球土壤的差别很大，而且缺少水流、风的化学、电磁、物理特陛以及力学特性等。“模拟月壤”力和生物等作用。月壤的主要物理力学

5、性质与地球是在地球上进行的试验中所使用的月壤替代品。土壤有很大的区别，主要表现为干燥无水、颗粒棱角钻具研制过程中所需用的“模拟月壤”，侧重于明显、级配良好、颗粒比重较大，相对密度较大，内摩模拟真实月壤的主要物理力学性质。擦角很大，粘聚力很小等等。1．1模拟目标——月壤的基本物理力学特性月壤与地球土壤有明显的不同，因此，月壤钻具除美国和前苏联在月球上对月壤物理力学性质研制中应当采用月壤进行专门的试验研究，以避免进行现场测试以外，国外许多实验室还对真实月壤可能出现的钻进困难、无法钻进或月壤样品无法取的物理力学性质进行了大量的实验

6、室试验研究，获出等现象。由于真实月壤很珍贵，在地球上进行的得了相当丰富的有关月壤物理力学性质试验数据，大量与月壤力学性质和工程性质有关的试验研究为研制模拟月壤提供了重要的依据(Heikeneta1．，[收稿日期]2011-11—10；[修订日期]2011—11—14；[责任编辑]郝情情。[基金项目]本文为863课题“月球基地关键技术”(编号：2008AA12A213)资助的成果。[第一作者]殷参(1963年一)，男，1987年毕业于北京航空航天大学，获硕士学位，研究员，从事机械理论与机构学研究。E-mailyinshen52

7、9@163．com。165地质与勘探1991；Carriereta1．，2005；Carriereta1．，2003)。图1了NASA根据SurveyorI和SurveyorlII获得的数据，为Apollo17带回地球的月壤样品照片。从l2种不同成分和密度的模拟月壤中，选用粉碎的红色火山渣和大理石混合而成的模拟月壤，用于径月舱模型的着陆冲击试验。二十世纪七十年代以来，美国研带0了Basalt2、LSS1～LSS5、MLS一1，MLS一1A，MLS一2，JPL一1，JSC一1，JSC一1A，JSC一1AF，JSC一1AVF，J

8、SC一1AC等多种模拟月壤，还有日本的MKS一1，FJS一1以及加拿大的OB一1等等(Rickmaneta1．，2007)，以满足不同试验的需要。例如，JSC一1AC是·种颗粒较粗的模拟月壤，适合用于开挖、取样等试验研究。被国外广泛采用的JSC一1模拟月壤的原材料是富含玻璃的玄武质火山灰，