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弹体对模拟星壤的侵彻特性研究

撞击探测器，弹头形状，星壤粒径，侵彻，过载

近年来，作为研究太阳系形成与演化、地球生命起源以及防御外来天体撞击，小行星正逐步成为人类深空探测的热点之一。对小行星探测过程中主要采用轨道探测、地面观测、取样返回和着陆探测等方法，其中着陆探测是全面了解小行星特性的重要手段。采用撞击探测器对小行星表面进行精确撞击，并侵入表层预定深度，是获得小行星成分组成、运动规律等信息的最直接方式。同时，相对于载人任务等其它探测方式也更具有经济效益。
钻地武器的研究基础为撞击探测器的设计提供了宝贵的借鉴经验，弹体对不同介质的侵彻特性存在明显差异，钻地武器侵彻目标主要集中在混凝土或岩石等硬质材料，针对砂体、类星壤颗粒等“软材料”的研究工作略显不足。其中弹头形状对侵入介质后的侵彻深度和最终姿态有着重要影响，本文采用卵形和锥形的7075铝合金中空弹体，利用12.7mm口径一级气体炮进行加速，以50~100m/s的速度撞击不同粒径模拟月壤，使用高速摄影及通断铝箔对弹体的初速及最终姿态进行测量。结果表明，卵形头弹体，随着尖拱曲径比增大，侵彻深度增加，弹道偏移增加，弹体最终姿态角增大，平均过载减小；锥形头弹体，随着锥角增加，侵彻深度减小，弹道偏移减小，弹体最终姿态角减小，过载增大；同种弹体对不同粒径模拟星壤进行侵彻时，随着星壤粒径增加，弹体侵彻深度减小，弹道偏移减小，弹体最终姿态角减小，过载增大。
通过地面实验方法对撞击探测器侵彻模拟星壤过程进行研究，分析了弹头形状和星壤粒径对侵彻特性的影响，对于撞击探测器的设计具有工程参考价值。