[科普中国]-月球表面钻探

月球表面钻探，在月球表面钻取样品的钻探。自1969年11月至1972年12月，美国“阿波罗”登月计划执行期间，曾先后5次登上月球。1

研究意义与现状月球上特有的矿产和能源是对地球资源的重要补充和储备。因此月球将成为继公海和南极之后的又一个国际研究热点， 也是中国人近期内可实现的太空探测目标。中国必须借助钻探技术从月球上取回样品， 并在月表环境、地质构造、月表矿物成分、月球基地选址等众多科研方向上取得突破， 这对于月球和地球的起源， 地球气候和水域潮汛现象的研究等重大科学命题都具有战略性的意义。从1959 年2月至70 年代末， 美国、前苏联共向月球发射了83 个探测器。美国自阿波罗11 号飞船于1969 年7 月20日首次实现载人登月以来， 先后有12 名宇航员登上了月球， 运回大量的月壤和岩石标本。在美国当年的月球巡游车使用的取样专用工具( 表1) 中， 阿波罗15～17 都带有月球表面钻机和带钻头的岩芯管。

阿波罗15号表面钻探详情其中“阿波罗”15号的宇航员用手持电钻取得了月球表层0.7米深处的土样。“阿波罗”12号和“阿波罗”17号宇宙飞船登月探测时，都用登月舱上的钻机在月球表面钻探，取得了月壤和月岩样品。钻探月球表面用的钻机、钻头、岩心管、钻杆和培训宇航员操作钻机由美国长年公司承包。月球表面钻探技术的奥秘是在不使用循环介质的情况下能冷却钻头、排除岩屑和回收岩心；在真空和低重力条件下建立全部机构并完成钻探使命。1972年12月，美国宇航员、地质学家H.H.施密特随“阿波罗”17号宇宙飞船登上月球时，携带干式作业的“阿波罗”月面钻机，用空心螺旋形钻杆带取心管和特制表镶金刚石钻头，在月球表面钻了3个深度为2.5～3米的钻孔。其中在两个钻孔内安装了测热探头，进行月球热流量探测，另一个钻孔用取心管和金刚石钻头钻取土样和岩心。取心管长460毫米，几根可以连接起来使用，岩心直径19毫米，大部分为月球土壤。钻机用干电池供电驱动，钻头转速280转/分。在孔口设置一个脚踏板，用来稳定钻杆和限制钻屑扬出。当钻到3米深后，孔内阻力大，钻杆拔出困难，必须卸掉钻机，用带长柄杠杆的钻杆取出器，将钻杆和取心管从孔内取出。宇宙飞船返回地球后，月面钻机及其配套设备和取得的岩心样品都陈列在美国国家航空和航天博物馆内。

月球表面钻探取样的若干关键技术1、 用月球探测车上的电池给取样钻机供电

月球探测车的研制单位肯定要为月球车设计体积小、寿命长、功率密度大、适应能力强的电池， 例如， 太阳能电池或同位素电池， 以保证月球车的运行动力与仪器供电。通常， 当月球车行走或进行地球物理探测时， 取样钻机是不工作的。只有当月球车到达选定的取样地点后， 取样钻机才开始工作。所以， 可利用月球车上的电池给取样钻机供电。据国防科工委的资料， 初步确定中国自行研制的月球车电池可提供300 W 的动力， 这对于微型取样钻机足够了。

3. 2 将取样钻机和月球车设计成子母车日本宇航中心研制了一种可在月球表面长距离行驶并进行科学探测的子母式月球车， 母车可在较平坦的地域行驶， 当遇到凹凸不平的表面时， 子车将与母车分离， 单独完成复杂地域的探测任务。我们可以参考日本月球车的设计思路， 把折叠式微型取样钻机设计成月球车的子车。到达取样点时， 由月球车( 母车) 上的电池向取样钻机( 子车) 供电， 完成取样作业后， 母车将把“样品箱”带走， 并与子车分离，把子车留在月球上， 从而减轻返回地球时的重力。待第二次登月时， 母车再自动找到子车， 与之链接( 像集装箱拖车链接集装箱货柜一样) ， 并向它供电。

3. 3 取样钻机用超高低温陶瓷轴承和固体润滑剂

固体润滑剂可以在很大的温度范围内保证稳定的润滑性能， 且不易蒸发， 对辐射不敏感， 也不会出现润滑剂枯竭和污染周围机具等问题。另外， 超高低温陶瓷轴承可克服运动部件在大温差下运动间隙失配和摩擦功耗不稳定等弊端。

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杨刚 - 教授 - 西南大学