[發(fā)明專(zhuān)利]用于月面巡視器地面行走試驗(yàn)的月壤月貌模擬系統(tǒng)及其構(gòu)造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110429112.5
• 申請(qǐng)日: 2011-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102589910A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何玲;楊艷靜;樊世超;馮咬齊;賈陽(yáng);黨兆龍;李建橋;孫繼鵬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01M99/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M99/00;G01C25/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于月面巡視器地面試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種用于月面巡視器地面行走試驗(yàn)的月壤月貌模擬系統(tǒng)及其構(gòu)造方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)探月工程的開(kāi)展，月面巡視器的研制成為了整個(gè)探月計(jì)劃的關(guān)鍵。巡視器本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，為保證它在月面的正常行駛，必須在地面對(duì)其行走能力，如移動(dòng)性能、路徑規(guī)劃及自主導(dǎo)航等功能加以綜合驗(yàn)證，以考察巡視器的工作可靠性。為了充分考核巡視器的行走性能，需要搭建相應(yīng)的月壤月貌模擬系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)月表/月海/月陸等區(qū)域的月壤環(huán)境的模擬。

迄今為止，國(guó)外已建成多個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)，如前蘇聯(lián)為L(zhǎng)unokhod的研制建設(shè)了環(huán)形土壤通道模擬試驗(yàn)場(chǎng)(長(zhǎng)70m、寬4m)和綜合形貌模擬試驗(yàn)場(chǎng)(長(zhǎng)50m，寬50m)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)形坑、溝壑和巖石等模擬。美國(guó)為Apollo的LRV地面試驗(yàn)建立了一個(gè)空間環(huán)境模擬室(SESL)和高大的人造艙，模擬月球庇護(hù)所和月球太空艙外環(huán)境。此外，國(guó)外還根據(jù)不同的試驗(yàn)?zāi)康难兄屏硕喾N模擬月壤，如JSC-1，MLS，LSS等系列。

在模擬月壤的研制方面，國(guó)內(nèi)多家機(jī)構(gòu)開(kāi)展了大量的研究，研制出了多種模擬月壤，用于開(kāi)展科學(xué)研究、土槽試驗(yàn)以及試驗(yàn)場(chǎng)的研究。其中在巡視器原理樣機(jī)研制階段建立了一個(gè)月面巡視探測(cè)器室內(nèi)試驗(yàn)場(chǎng)(試驗(yàn)區(qū)占地約525m²)，利用模擬月壤根據(jù)已知的月面形貌數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)造。

但是，現(xiàn)有的月壤月貌模擬方法及系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：

模擬月壤的性能；目前模擬月壤的種類(lèi)繁多，一般均是根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康奶厥庋兄频模荒芡耆珴M足月面巡視器地面行走試驗(yàn)中對(duì)模擬月壤各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求；

模擬月壤制備方法：目前多數(shù)模擬月壤的配比方法和制備工藝不適合大規(guī)模制備，如某些模擬月壤需要添加劑，在使用量較大時(shí)，成本高，且很難保證模擬月壤的均勻性。

模擬月壤整備方法：目前模擬月壤相關(guān)的整備方法主要是針對(duì)土槽試驗(yàn)等小規(guī)模試驗(yàn)需求提出的，當(dāng)模擬月壤的區(qū)域較大時(shí)，現(xiàn)有整備方法不能滿足模擬月壤大規(guī)模的快速鋪設(shè)整備要求，且無(wú)法保證整備后模擬月壤性能一致性的要求。

基于上述原因，需要綜合考慮月面巡視器地面行走試驗(yàn)中多種試驗(yàn)類(lèi)型及工況對(duì)月壤月貌的要求，研制一種適用于巡視器地面行走試驗(yàn)的月壤月貌模擬系統(tǒng)非常必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于月面巡視器地面行走試驗(yàn)的月壤月貌模擬系統(tǒng)及其構(gòu)造方法，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)月球表面的月壤環(huán)境以及相應(yīng)地形地貌的模擬，滿足了巡視器地面行走試驗(yàn)中多種試驗(yàn)類(lèi)型及工況對(duì)模擬月壤性能和地形地貌的綜合需求。

本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)采用了如下的技術(shù)方案：

用于月面巡視器地面行走試驗(yàn)的月壤月貌模擬系統(tǒng)，包括模擬月壤水平區(qū)、模擬月壤坡道區(qū)、模擬月坑，模擬月巖以及綜合模擬月面區(qū)，這些區(qū)域均采用模擬真實(shí)月壤力學(xué)性能的模擬月壤來(lái)構(gòu)建，其中，模擬月壤水平區(qū)內(nèi)包含至少兩種以上的模擬月壤，以用于研究巡視器在不同性能指標(biāo)的模擬月壤上的行走能力；模擬月壤坡道區(qū)內(nèi)包含至少兩種角度以上的坡度，以用于研究巡視器在不同坡度上的行走能力；模擬月坑和月巖根據(jù)試驗(yàn)需要和場(chǎng)地規(guī)劃，在模擬月壤水平區(qū)和坡道區(qū)隨機(jī)分布，以用于驗(yàn)證巡視器的越坑和越障能力，綜合模擬月面區(qū)主要由模擬月壤構(gòu)成，包含斜面、模擬月坑以及模擬月巖的多種月面典型形貌，且隨機(jī)分布，可用于驗(yàn)證巡視器移動(dòng)性能、自主導(dǎo)航和路徑規(guī)劃等能力。

其中，模擬月壤是同質(zhì)材料火山灰制成的。

其中，模擬月壤是不同粒徑大小的火山灰材料混合制成的，且根據(jù)真實(shí)月壤粒徑的統(tǒng)計(jì)范圍(附圖1)確定各種月貌下的火山灰材料的粒徑配比曲線。

其中，各區(qū)域內(nèi)的模擬月壤的平均厚度不小于30cm。

一種用于月面巡視器地面行走試驗(yàn)的月壤月貌模擬系統(tǒng)的構(gòu)造方法，包括以下步驟：

1)模擬月禳的制備

采用同質(zhì)材料火山灰，進(jìn)行烘干、機(jī)械粉碎，篩分，并根據(jù)不同月面模擬區(qū)域?qū)δM月壤的需求按不同比例來(lái)混配不同粒徑的火山灰顆粒，其中粒徑級(jí)配是主要的控制參數(shù)以符合月壤的真實(shí)性能；

2)月壤月貌模擬系統(tǒng)的構(gòu)建

按照巡視器著陸區(qū)附近的月面形貌的整體布局要求，分別構(gòu)建模擬月壤水平區(qū)、模擬月壤坡道區(qū)、模擬月坑，模擬月巖以及綜合模擬月面區(qū)，這些區(qū)域均采用模擬真實(shí)月壤力學(xué)性能的模擬月壤來(lái)構(gòu)建，構(gòu)建步驟包括初始鋪裝、逐層壓實(shí)、基本形貌整備、表層整備、模擬月面整備和表面修飾，從而形成月壤月貌模擬系統(tǒng)。