Аннотация
Глубокое бурение на Марсе может быть обеспечено типами почвы, взятыми из глубины. Они представляют большой научный интерес для анализа приборами, находящимися на борту транспортного средства. Ключ к успешному сбору образцов и их доставки, лежит в надежной работе буровых инструментов, которая надлежащим образом интегрирована во всю систему бурения.
С этой точки зрения, Галилео Авионика участвует в проектировании и разработке буровой системы, включая аппаратные средства создания прототипов и тестирования, подходящих для работы в планетарной и кометной окружающей среде. Несколько прототипов инструментов бурения было разработано, изготовлено и протестировано. Тестирования до сих пор осуществляется, так что существует возможность продемонстрировать способности бурового инструмента, который является подходящим для работы с очень прочными типами почвы и способен надежно собирать, восстанавливать и распространять образцы возможных исторических приборов.
Эскизный проект интегрированных буровых систем, включающий как одно-стержневой буровой прибор, так и много-стержневой, стержни которого собранны во время работы, показывают их способность к достижению необходимого результата наряду с ресурсами, представленными средством передвижения на Марсе.
В настоящей работе кратко представлены основные разработки, выполненные Галилео Авионика со ссылкой на DeeDri (Deep Drill) программы по контракту ASI
1. Введение
Программа DeeDri финансируется Итальянским космическим агентством (АСИ) в рамках сотрудничества с НАСА по исследованию миссий на Марсе: в рамках этой программы устройство добывающее кору рассчитано на сбор поверхностных и подземных образцов почвы Марса и предоставление их для научных исследований или хранения данных. Прототип данного устройства был разработан Tecnospazio и "Галилео Авионика для разнообразия функциональных возможностей, выявления критичности и точного определения требований для будущих разработок.
Прототип бурового инструмента состоит из полой стальной трубки, которая оснащена шнеком потока на внешней поверхности и сверла в нижней части. Отверстие сверла имеет диаметр 35 мм, а его центральная часть (поршень) может выдвигаться, образовывая полость так, чтобы образец коры мог попасть в его свободное пространство. Основной образец имеет диаметр 14 мм и длину 25 мм.
Механизм позволяет собирать не только образцы почвы, но и порошкообразные образцы. Диаметр инструмента может быть уменьшен, чтобы позволить бурение и отбор проб с меньшими затратами мощности и силы. Другая версия DeeDri направлена на большие глубины проникновения, чем прототип, и может быть разработана либо как одно- или многостержневая система. Многостержневая система разработана специально для сбора необходимого количества буровых стержней: при этом стержни могут быть собраны (и впоследствии разобраны) с помощью специального бурового инструмента.
Максимальная глубина бурения DeeDri достигает до 3 м. С помощью установки специально предназначенного инструмента, сверло может поддерживать прямое целенаправленное бурение отверстия.
2. Буровая система
В этом докладе представлены две, концептуально разные, системы DeeDri:
1) Одно-стержневая конструкция, подходящий для глубины 1 м.
2) Много-стержневая конструкция, подходящая для глубины 3 м.
Для двух концепций использованы специальные сверла и отборные инструменты, разработанные специально для бурения на Марсе; прототип этого инструмента был изготовлен и испытан с различными материалами, как сказано ниже. Много-стержневая конструкция используется для специально разработанных бурильных труб, концепция которых основана на ударе, как и концепция полностью автоматизированных буровых машин, предназначенных для бурения скал. Среди нескольких отличающихся друг от друга схем соединения, удар оказывается наиболее надежным с наименьшим риском для непреднамеренного выпуска стержня или ошибки при сцеплении. Пробитое звено не может быть случайно открыто (в этом случае бурильная цепь может быть потеряна), в случае если тянуть, толкать или вращать по часовой стрелке.
Кроме того, вращение против часовой стрелки представляет естественно встроенный механизм безопасности, который предусматривает выпуск бурового сверла в случае, если оно застрянет в почве. Цепь оснащена подачей электропитания на 10 линий для обеспечения буровых и других операций. Оба понятия включают скользящую сборную колец (10-15 линий в зависимости от концепции) и Fex-кабель для передачи мощности и данных между S / C и приборами бурения. Кроме того, система предоставляет способы для измерения тяги сверла, момента бурения и глубины сверления, а также для поддержки движущихся частей в п / к. Компоненты, выбранные для разработки концепции, являются как легко доступными, так и пространственно-квалифицированными (разъемы, двигатели и распад) или высококачественная продукция (кольцо для крепления, датчики силы, подшипники), которые можно считать применимыми для космических приложений с конкретными корректировками.
2.1. Одно-стержневая конструкция
Рис 1. Одно-стержневая конструкция (1 м глубиной).
Этот проект направлен на высокую надежность и низкую массу, используя инструмент с одним сверлом (рис. 1), без каких-либо одноразовых или взаимозаменяемых компонентов. Одно-стержневая конструкция, производит бурение отверстий диаметром 25 мм до 1 м в глубину, имеет размеры 1251 мм х 220 мм х 155 мм, а весит около 7:32 кг, включая активную сборную систему внутри штанги, и внешние кабели, позиционируемый механизм и управление электроники. Взятый образец можно извлечь для отдельного его хранения или системы обработки образца на платформе. После этого, процедуры отбора образцов, можно повторять, что позволяет различные выборки во всех желаемых местах на различной глубине. В дополнение к подачи электропитания, система включает в себя также оптический проходной подачи электропитания (2 линии) для оптической передачи данных между буровым инструментом и космическими аппаратами. Полная система избыточности может быть достигнута путем дублирования полного процесса бурения.
2.2. Много-стержневая конструкция
Рис 2. Много-стержневая конструкция (2.5 - 3 м глубиной).
Много-стержневая конструкция направлена на большую глубину проникновения с небольшой высоты, в более ограниченном объеме на малогабаритных планетарных транспортных средствах разведки. Бурильные штанги делятся на десять отдельных сверловых труб, которые хранятся на карусели внутри системы бурения (Рис. 2). Система является достаточно многосторонней, поскольку некоторые из бурильных труб, могут быть заменены дополнительными инструментами, сверлами различных конструкций для различного отбора проб. Введение карусели и бурильной цепи расширения / поисковой системы добавляет больше функциональных возможностей, повышая общую сложность. Много-стержневая конструкция, представленная в работе, направлена на бурение в глубину 2,5 м, с бурильной колонны состоящей часто из бурильных труб диаметром 23 мм. Так конструкция размером 540 мм x 175 мм x 175 мм весит около 8300 г (без внешних кабелей и управляющей электроники). Глубина проникновения 3 м может быть достигнута путем увеличения системы 5 см (с некоторым увеличением массы). Напротив, уменьшение глубины бурения на 1 м всегда основано на много-стержневой конструкции, высота системы может быть снижена до 390 мм, что уменьшает массу системы на 400 г. Компоненты, выбранные для конструкции являются коммерческими, высококачественными продуктами, доступными в готовом виде. Предварительные двигателя и коробки передач основаны на выборе калибровки, чтобы гарантировать работу запаса. Дальнейший анализ может показать, что масса двигателя и общей оболочки может быть уменьшена.
Программа DeeDri финансируется Итальянским космическим агентством (АСИ) в рамках сотрудничества с НАСА по исследованию миссий на Марсе: в рамках этой программы устройство добывающее кору рассчитано на сбор поверхностных и подземных образцов почвы Марса и предоставление их для научных исследований или хранения данных. Прототип данного устройства был разработан Tecnospazio и "Галилео Авионика для разнообразия функциональных возможностей, выявления критичности и точного определения требований для будущих разработок.
Прототип бурового инструмента состоит из полой стальной трубки, которая оснащена шнеком потока на внешней поверхности и сверла в нижней части. Отверстие сверла имеет диаметр 35 мм, а его центральная часть (поршень) может выдвигаться, образовывая полость так, чтобы образец коры мог попасть в его свободное пространство. Основной образец имеет диаметр 14 мм и длину 25 мм.
Механизм позволяет собирать не только образцы почвы, но и порошкообразные образцы. Диаметр инструмента может быть уменьшен, чтобы позволить бурение и отбор проб с меньшими затратами мощности и силы. Другая версия DeeDri направлена на большие глубины проникновения, чем прототип, и может быть разработана либо как одно- или многостержневая система. Многостержневая система разработана специально для сбора необходимого количества буровых стержней: при этом стержни могут быть собраны (и впоследствии разобраны) с помощью специального бурового инструмента.
Максимальная глубина бурения DeeDri достигает до 3 м. С помощью установки специально предназначенного инструмента, сверло может поддерживать прямое целенаправленное бурение отверстия.
2. Буровая система
В этом докладе представлены две, концептуально разные, системы DeeDri:
1) Одно-стержневая конструкция, подходящий для глубины 1 м.
2) Много-стержневая конструкция, подходящая для глубины 3 м.
Для двух концепций использованы специальные сверла и отборные инструменты, разработанные специально для бурения на Марсе; прототип этого инструмента был изготовлен и испытан с различными материалами, как сказано ниже. Много-стержневая конструкция используется для специально разработанных бурильных труб, концепция которых основана на ударе, как и концепция полностью автоматизированных буровых машин, предназначенных для бурения скал. Среди нескольких отличающихся друг от друга схем соединения, удар оказывается наиболее надежным с наименьшим риском для непреднамеренного выпуска стержня или ошибки при сцеплении. Пробитое звено не может быть случайно открыто (в этом случае бурильная цепь может быть потеряна), в случае если тянуть, толкать или вращать по часовой стрелке.
Кроме того, вращение против часовой стрелки представляет естественно встроенный механизм безопасности, который предусматривает выпуск бурового сверла в случае, если оно застрянет в почве. Цепь оснащена подачей электропитания на 10 линий для обеспечения буровых и других операций. Оба понятия включают скользящую сборную колец (10-15 линий в зависимости от концепции) и Fex-кабель для передачи мощности и данных между S / C и приборами бурения. Кроме того, система предоставляет способы для измерения тяги сверла, момента бурения и глубины сверления, а также для поддержки движущихся частей в п / к. Компоненты, выбранные для разработки концепции, являются как легко доступными, так и пространственно-квалифицированными (разъемы, двигатели и распад) или высококачественная продукция (кольцо для крепления, датчики силы, подшипники), которые можно считать применимыми для космических приложений с конкретными корректировками.
2.1. Одно-стержневая конструкция
Рис 1. Одно-стержневая конструкция (1 м глубиной).
Этот проект направлен на высокую надежность и низкую массу, используя инструмент с одним сверлом (рис. 1), без каких-либо одноразовых или взаимозаменяемых компонентов. Одно-стержневая конструкция, производит бурение отверстий диаметром 25 мм до 1 м в глубину, имеет размеры 1251 мм х 220 мм х 155 мм, а весит около 7:32 кг, включая активную сборную систему внутри штанги, и внешние кабели, позиционируемый механизм и управление электроники. Взятый образец можно извлечь для отдельного его хранения или системы обработки образца на платформе. После этого, процедуры отбора образцов, можно повторять, что позволяет различные выборки во всех желаемых местах на различной глубине. В дополнение к подачи электропитания, система включает в себя также оптический проходной подачи электропитания (2 линии) для оптической передачи данных между буровым инструментом и космическими аппаратами. Полная система избыточности может быть достигнута путем дублирования полного процесса бурения.
2.2. Много-стержневая конструкция
Рис 2. Много-стержневая конструкция (2.5 - 3 м глубиной).
Много-стержневая конструкция направлена на большую глубину проникновения с небольшой высоты, в более ограниченном объеме на малогабаритных планетарных транспортных средствах разведки. Бурильные штанги делятся на десять отдельных сверловых труб, которые хранятся на карусели внутри системы бурения (Рис. 2). Система является достаточно многосторонней, поскольку некоторые из бурильных труб, могут быть заменены дополнительными инструментами, сверлами различных конструкций для различного отбора проб. Введение карусели и бурильной цепи расширения / поисковой системы добавляет больше функциональных возможностей, повышая общую сложность. Много-стержневая конструкция, представленная в работе, направлена на бурение в глубину 2,5 м, с бурильной колонны состоящей часто из бурильных труб диаметром 23 мм. Так конструкция размером 540 мм x 175 мм x 175 мм весит около 8300 г (без внешних кабелей и управляющей электроники). Глубина проникновения 3 м может быть достигнута путем увеличения системы 5 см (с некоторым увеличением массы). Напротив, уменьшение глубины бурения на 1 м всегда основано на много-стержневой конструкции, высота системы может быть снижена до 390 мм, что уменьшает массу системы на 400 г. Компоненты, выбранные для конструкции являются коммерческими, высококачественными продуктами, доступными в готовом виде. Предварительные двигателя и коробки передач основаны на выборе калибровки, чтобы гарантировать работу запаса. Дальнейший анализ может показать, что масса двигателя и общей оболочки может быть уменьшена.
В этом докладе представлены две, концептуально разные, системы DeeDri:
1) Одно-стержневая конструкция, подходящий для глубины 1 м.
2) Много-стержневая конструкция, подходящая для глубины 3 м.
Для двух концепций использованы специальные сверла и отборные инструменты, разработанные специально для бурения на Марсе; прототип этого инструмента был изготовлен и испытан с различными материалами, как сказано ниже. Много-стержневая конструкция используется для специально разработанных бурильных труб, концепция которых основана на ударе, как и концепция полностью автоматизированных буровых машин, предназначенных для бурения скал. Среди нескольких отличающихся друг от друга схем соединения, удар оказывается наиболее надежным с наименьшим риском для непреднамеренного выпуска стержня или ошибки при сцеплении. Пробитое звено не может быть случайно открыто (в этом случае бурильная цепь может быть потеряна), в случае если тянуть, толкать или вращать по часовой стрелке.
Кроме того, вращение против часовой стрелки представляет естественно встроенный механизм безопасности, который предусматривает выпуск бурового сверла в случае, если оно застрянет в почве. Цепь оснащена подачей электропитания на 10 линий для обеспечения буровых и других операций. Оба понятия включают скользящую сборную колец (10-15 линий в зависимости от концепции) и Fex-кабель для передачи мощности и данных между S / C и приборами бурения. Кроме того, система предоставляет способы для измерения тяги сверла, момента бурения и глубины сверления, а также для поддержки движущихся частей в п / к. Компоненты, выбранные для разработки концепции, являются как легко доступными, так и пространственно-квалифицированными (разъемы, двигатели и распад) или высококачественная продукция (кольцо для крепления, датчики силы, подшипники), которые можно считать применимыми для космических приложений с конкретными корректировками.
2.1. Одно-стержневая конструкция
Этот проект направлен на высокую надежность и низкую массу, используя инструмент с одним сверлом (рис. 1), без каких-либо одноразовых или взаимозаменяемых компонентов. Одно-стержневая конструкция, производит бурение отверстий диаметром 25 мм до 1 м в глубину, имеет размеры 1251 мм х 220 мм х 155 мм, а весит около 7:32 кг, включая активную сборную систему внутри штанги, и внешние кабели, позиционируемый механизм и управление электроники. Взятый образец можно извлечь для отдельного его хранения или системы обработки образца на платформе. После этого, процедуры отбора образцов, можно повторять, что позволяет различные выборки во всех желаемых местах на различной глубине. В дополнение к подачи электропитания, система включает в себя также оптический проходной подачи электропитания (2 линии) для оптической передачи данных между буровым инструментом и космическими аппаратами. Полная система избыточности может быть достигнута путем дублирования полного процесса бурения.
2.2. Много-стержневая конструкция
Много-стержневая конструкция направлена на большую глубину проникновения с небольшой высоты, в более ограниченном объеме на малогабаритных планетарных транспортных средствах разведки. Бурильные штанги делятся на десять отдельных сверловых труб, которые хранятся на карусели внутри системы бурения (Рис. 2). Система является достаточно многосторонней, поскольку некоторые из бурильных труб, могут быть заменены дополнительными инструментами, сверлами различных конструкций для различного отбора проб. Введение карусели и бурильной цепи расширения / поисковой системы добавляет больше функциональных возможностей, повышая общую сложность. Много-стержневая конструкция, представленная в работе, направлена на бурение в глубину 2,5 м, с бурильной колонны состоящей часто из бурильных труб диаметром 23 мм. Так конструкция размером 540 мм x 175 мм x 175 мм весит около 8300 г (без внешних кабелей и управляющей электроники). Глубина проникновения 3 м может быть достигнута путем увеличения системы 5 см (с некоторым увеличением массы). Напротив, уменьшение глубины бурения на 1 м всегда основано на много-стержневой конструкции, высота системы может быть снижена до 390 мм, что уменьшает массу системы на 400 г. Компоненты, выбранные для конструкции являются коммерческими, высококачественными продуктами, доступными в готовом виде. Предварительные двигателя и коробки передач основаны на выборе калибровки, чтобы гарантировать работу запаса. Дальнейший анализ может показать, что масса двигателя и общей оболочки может быть уменьшена.