本发明专利技术提供了一种星壤沙质表层热流探针以及探测装置。星壤沙质表层热流探针，包括：锥头、加热机构、多个第一传感器、外管、后座，所述锥头安装在所述外管的一端，所述加热机构以及多个所述第一传感器均安装在所述外管中，多个所述第一传感器邻近所述外管的一端，所述后座安装在所述外管的另一端。通过将传感器布置在探针前端，用于测量更能反应原位参数结果的温度时间曲线。并控制探针刺入星壤的深度，突破因钻探而被改变热物性参数的星壤风化层，实现星壤热物性参数的原位测量。星壤热物性参数的原位测量。星壤热物性参数的原位测量。
【技术实现步骤摘要】
一种星壤沙质表层热流探针以及探测装置
[0001]本专利技术涉及地外星体热流探测
，尤其涉及一种星壤沙质表层热流探针以及探测装置。
技术介绍
[0002]地外热环境探测是地外探测工程中的一项重要组成部分，具有重要的工程意义和科学价值。在地外热环境探测中，要对目标星体开展一系列的科学探测，了解星壤的热物理特性、星体表面空间以及星壤和岩石的力学、电磁学等物理特性，这对探测器的地外登陆、巡视行走和夜晚生存提供了关键信息，对进一步研究地外星体的起源与热演化历史提供了演算条件。迄今为止，包括阿波罗月球探测在内的地外行星探测任务均将热物性探测作为一项必要的地质探测任务。
[0003]对行星表面热环境的测量可分为飞行遥感探测和着陆探测两大类。为了获取星壤原位的热物性参数，选择采用着陆探测的方式完成探测任务。目前行星表面热物性参数原位测量技术主要采用热流探针对地层进行测量，为获得不同深度的热物性参数，需要采用合理的挖掘技术，将探针送到指定位置。
[0004]相对于诸如火星、月球等地外星体的地质地貌、物质成分、力学特性等研究而言，对地外星体的热环境尚未开展必要的探测研究，对地外星体的热环境认识仅限于公开发表的数据。虽然绕月卫星等遥感探测获得了一些热流数据，但它无法获取原位的星壤热物性参数与星表的真实温度，因此，实地测量是获取准确的热物性参数与星体内部热流的必要途径。从科学意义上讲，获取真实可靠的星体热物性参数与内部热流，可以掌握比较精确、可靠、完整的地外热环境特性数据，填补在地外星体热环境特性知识方面的空白，为建立地外基地和进一步研究奠定热学基础；同时，可以验证相关数据的可靠性，提高在相关研究领域的地位，提高对地外星体研究的整体认识水平。以探索月球热流为例，通过月球内部热流数据衡量其地质运动和火山活动的活跃性，认识月球的形成与演化过程，对揭示地月系统起源和人类发展也有着重要的意义。从工程应用的角度，由于月球表面热环境恶劣，昼夜温差大，自转周期长，使得热环境的时间累计效应很大，导热月面探测器的热控制与绕月卫星有很大区别，以简单而粗略的热环境参数为依据的热控设计将难以满足探测器月面活动的需要，必须进一步获取详细、准确的月面热环境特性数据，以提高探月设备的各项技术指标。
[0005]综上所述，在地外探测的过程中，开展星体表层的热流探测是重要而必要的，对提高导热测量理论水平和技术水平、促进热测量技术发展具有推动作用，具有重要的工程和科学意义。
技术实现思路
[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种星壤沙质表层热流探针以及探测装置。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种星壤沙质表层热流探针，包括：锥头、加热机构、多个第一传感器、外管、后座，所述锥头安装在所述外管的一端，所述加热机构以及多个所述第一传感器均安装在所述外管中，多个所述第一传感器邻近所述外管的一端，所述后座安装在所述外管的另一端。
[0008]采用本专利技术技术方案的有益效果是：通过将传感器布置在探针前端，用于测量更能反应原位参数结果的温度时间曲线。并控制探针刺入星壤的深度，突破因钻探而被改变热物性参数的星壤风化层，实现星壤热物性参数的原位测量。
[0009]进一步地，所述加热机构包括：内芯以及加热丝，所述内芯为管体，所述内芯安装在所述外管中，所述加热丝盘绕在所述内芯的外侧壁上。
[0010]采用上述进一步技术方案的有益效果是：内芯除了为探针整体结构提供足够的强度，保证探针在插入过程中不发生结构变形外，还作为加热丝缠绕棒，加热丝选用镍铬合金，通电后释放热量，以满足探针主动加热的功能。
[0011]进一步地，所述内芯与所述外管之间填充有导热硅脂或氧化镁粉末，所述锥头、所述内芯、所述外管、所述后座的制作材料均为不锈钢，所述加热丝的制作材料为镍铬合金。
[0012]采用上述进一步技术方案的有益效果是：内芯除了为探针整体结构提供足够的强度，保证探针在插入过程中不发生结构变形外，还作为加热丝缠绕棒，加热丝选用镍铬合金，通电后释放热量，以满足探针主动加热的功能。导热硅脂或氧化镁粉末用于保证加热过程中，热流及时向外部月壤传输。
[0013]进一步地，所述外管的中部安装有多个用于备份的第二传感器，所述锥头和所述外管和所述后座的总长度为35毫米，所述外管的外壁直径为5毫米。
[0014]采用上述进一步技术方案的有益效果是：横向布置的后两个传感器用于备份。
[0015]进一步地，所述锥头为锥体结构，所述锥头的尖端设有通气孔。
[0016]采用上述进一步技术方案的有益效果是：锥头具有一定的锥度，用于在推出的过程中，更易插入风化层中。
[0017]进一步地，所述后座为法兰面，所述后座上设有多个通孔，所述后座与所述外管之间设有气凝胶绝热层。
[0018]采用上述进一步技术方案的有益效果是：后法兰座上开有6个孔，三个用于传感器和加热丝的引出，三个用于连接外伸钻杆，实现探针在钻管内的固定和横向推出。气凝胶绝热层用于减少轴向传热的温度时间曲线的影响。
[0019]此外，本专利技术还提供了一种星壤沙质表层热流探测装置，包括上述任意一项所述的一种星壤沙质表层热流探针，还包括：支架、供气机构、转盘以及卷尺型钻杆，所述供气机构安装在所述支架上，所述转盘转动安装在所述支架上，所述卷尺型钻杆盘绕在所述转盘外侧壁上，所述卷尺型钻杆与星壤沙质表层热流探针连接，所述供气机构与所述卷尺型钻杆连接。
[0020]采用本专利技术技术方案的有益效果是：通过将探针末端的法兰面与气动挖掘装置的外伸钻杆配合相连，将探针推入指定深度的星壤。通过将传感器布置在探针前端，用于测量更能反应原位参数结果的温度时间曲线。并控制探针刺入星壤的深度，突破因钻探而被改变热物性参数的星壤风化层，实现星壤热物性参数的原位测量。作为地外热流探测的科学实验载荷，完成星壤表层0
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10m深度范围内的准确原位测量。对准确测试不同深度的星体热
物性参数，并反演星体内部热流提供了有效手段。卷尺型钻杆的设计减小热流包的体积。转盘带动钻杆向下展开，同时有气体通过钻杆内部的气路汇聚到探针处，并从探针头部的锥体尖端喷出，形成气体射流，实现对沙质风化层的气动挖掘。当探针到达指定测试深度后，气体射流停止，推出机构将针探针推入尚未被扰动的底部风化层。引入气动钻探。钻探过程中，探针顶部的气体射流可以有效吹开沙质星壤，减小钻探过程的难度，实现较大深度的挖掘，为热探针的探测提供不同深度条件，获得更全面的实验数据。
[0021]进一步地，所述供气机构包括：气瓶以及气瓶连接装置，所述气瓶连接装置安装在所述支架上，所述气瓶安装在所述气瓶连接装置上，所述气瓶通过连接杆与所述转盘连接。
[0022]采用上述进一步技术方案的有益效果是：气瓶用于提供气体，气体通过钻杆内部的气路汇聚到探针处，并从探针头部的锥体尖端喷出，形成气体射流，实现对沙质风化层的气动挖掘。当探针到达指定测试深度后，气体射流停止，推出机构将针探针推入尚本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种星壤沙质表层热流探针，其特征在于，包括：锥头、加热机构、多个第一传感器、外管、后座，所述锥头安装在所述外管的一端，所述加热机构以及多个所述第一传感器均安装在所述外管中，多个所述第一传感器邻近所述外管的一端，所述后座安装在所述外管的另一端。2.根据权利要求1所述的一种星壤沙质表层热流探针，其特征在于，所述加热机构包括：内芯以及加热丝，所述内芯为管体，所述内芯安装在所述外管中，所述加热丝盘绕在所述内芯的外侧壁上。3.根据权利要求2所述的一种星壤沙质表层热流探针，其特征在于，所述内芯与所述外管之间填充有导热硅脂或氧化镁粉末，所述锥头、所述内芯、所述外管、所述后座的制作材料均为不锈钢，所述加热丝的制作材料为镍铬合金。4.根据权利要求1所述的一种星壤沙质表层热流探针，其特征在于，所述外管的中部安装有多个用于备份的第二传感器，所述锥头和所述外管和所述后座的总长度为35毫米，所述外管的外壁直径为5毫米。5.根据权利要求1所述的一种星壤沙质表层热流探针，其特征在于，所述锥头为锥体结构，所述锥头的尖端设有通气孔。6.根据权利要求1所述的一种星壤沙质表层热流探针，其特征在于，所述后座...
【专利技术属性】
技术研发人员：张维，徐钊，赵海峰，张飞，王泽，张璐，王珂，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：
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