月球表面鑽探

月球表面鑽探，在月球表面鑽取樣品的鑽探。自1969年11月至1972年12月，美國“阿波羅”登月計畫執行期間，曾先後5次登上月球。

基本介紹

• 中文名：月球表面鑽探
• 外文名：Lunar surface drilling
• 開始時間：1969年11月
• 地點：月球表面
• 設備：月面鑽機等
• 學科：地質學

研究意義與現狀

月球上特有的礦產和能源是對地球資源的重要補充和儲備。因此月球將成為繼公海和南極之後的又一個國際研究熱點， 也是中國人近期內可實現的太空探測目標。中國必須藉助鑽探技術從月球上取回樣品， 並在月表環境、地質構造、月表礦物成分、月球基地選址等眾多科研方向上取得突破， 這對於月球和地球的起源， 地球氣候和水域潮汛現象的研究等重大科學命題都具有戰略性的意義。從1959 年2月至70 年代末， 美國、前蘇聯共向月球發射了83 個探測器。美國自阿波羅11 號飛船於1969 年7 月20日首次實現載人登月以來， 先後有12 名太空人登上了月球， 運回大量的月壤和岩石標本。在美國當年的月球巡遊車使用的取樣專用工具( 表1) 中， 阿波羅15～17 都帶有月球表面鑽機和帶鑽頭的岩芯管。

阿波羅15號表面鑽探詳情

其中“阿波羅”15號的太空人用手持電鑽取得了月球表層0.7米深處的土樣。“阿波羅”12號和“阿波羅”17號宇宙飛船登月探測時，都用登月艙上的鑽機在月球表面鑽探，取得了月壤和月岩樣品。鑽探月球表面用的鑽機、鑽頭、岩心管、鑽桿和培訓太空人操作鑽機由美國長年公司承包。月球表面鑽探技術的奧秘是在不使用循環介質的情況下能冷卻鑽頭、排除岩屑和回收岩心；在真空和低重力條件下建立全部機構並完成鑽探使命。1972年12月，美國太空人、地質學家H.H.施密特隨“阿波羅”17號宇宙飛船登上月球時，攜帶乾式作業的“阿波羅”月面鑽機，用空心螺旋形鑽桿帶取心管和特製表鑲金剛石鑽頭，在月球表面鑽了3個深度為2.5～3米的鑽孔。其中在兩個鑽孔內安裝了測熱探頭，進行月球熱流量探測，另一個鑽孔用取心管和金剛石鑽頭鑽取土樣和岩心。取心管長460毫米，幾根可以連線起來使用，岩心直徑19毫米，大部分為月球土壤。鑽機用乾電池供電驅動，鑽頭轉速280轉/分。在孔口設定一個腳踏板，用來穩定鑽桿和限制鑽屑揚出。當鑽到3米深後，孔內阻力大，鑽桿拔出困難，必須卸掉鑽機，用帶長柄槓桿的鑽桿取出器，將鑽桿和取心管從孔內取出。宇宙飛船返回地球後，月面鑽機及其配套設備和取得的岩心樣品都陳列在美國國家航空和航天博物館內。

月球表面鑽探取樣的若干關鍵技術

1、 用月球探測車上的電池給取樣鑽機供電

月球探測車的研製單位肯定要為月球車設計體積小、壽命長、功率密度大、適應能力強的電池， 例如， 太陽能電池或同位素電池， 以保證月球車的運行動力與儀器供電。通常， 當月球車行走或進行地球物理探測時， 取樣鑽機是不工作的。只有當月球車到達選定的取樣地點後， 取樣鑽機才開始工作。所以， 可利用月球車上的電池給取樣鑽機供電。據國防科工委的資料， 初步確定中國自行研製的月球車電池可提供300 W 的動力， 這對於微型取樣鑽機足夠了。

3. 2 將取樣鑽機和月球車設計成子母車日本宇航中心研製了一種可在月球表面長距離行駛並進行科學探測的子母式月球車， 母車可在較平坦的地域行駛， 當遇到凹凸不平的表面時， 子車將與母車分離， 單獨完成複雜地域的探測任務。我們可以參考日本月球車的設計思路， 把摺疊式微型取樣鑽機設計成月球車的子車。到達取樣點時， 由月球車( 母車) 上的電池向取樣鑽機( 子車) 供電， 完成取樣作業後， 母車將把“樣品箱”帶走， 並與子車分離，把子車留在月球上， 從而減輕返回地球時的重力。待第二次登月時， 母車再自動找到子車， 與之連結( 像貨櫃拖車連結貨櫃貨櫃一樣) ， 並向它供電。

3. 3 取樣鑽機用超高低溫陶瓷軸承和固體潤滑劑

固體潤滑劑可以在很大的溫度範圍內保證穩定的潤滑性能， 且不易蒸發， 對輻射不敏感， 也不會出現潤滑劑枯竭和污染周圍機具等問題。另外， 超高低溫陶瓷軸承可克服運動部件在大溫差下運動間隙失配和摩擦功耗不穩定等弊端。