[發明專利]月表塵埃環境模擬方法及裝置

有效

• 申請號: 201310288882.1
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103318428A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 金宏;王世杰;李雄耀;李世杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院地球化學研究所
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 李亮;程新敏

技術領域

本發明涉及機械領域，尤其是一種月表塵埃環境模擬方法及裝置。

背景技術

執行探月任務的航天器與環繞地球的航天器所面臨的外部環境有很大的區別，根據Apollo時代的飛行記錄，其中非常顯著的一點是，?月壤和月塵對航天器的可靠性提出了極為嚴峻的挑戰。為了確保Apollo登月計劃的順利實施,美國在20世紀五六十年代針對月壤、月塵環境的成因、環境效應以及地面模擬方法進行了研究。近年來,隨著“重返月球”觀點的提出,這方面的研究再次成為關注的焦點。

在實現載人航天任務后,我國提出了“嫦娥”計劃,擬分三步完成探月任務.第一步,在2007?年將探測衛星送入環繞月球的軌道;第二步,2012年前后實施月球軟著陸和自動巡視勘察;第三步,2017年前后實施月球樣品自動采樣返回.目前,一期繞月衛星已經進入正樣星階段,完成“繞”、“落”、“回”,三步之后，將進一步開展載人探月計劃。為了確保登月飛船月表自動巡視勘察系統(月球車)的可靠工作，必須研究月塵環境的地面模擬方法,開展充分的環境模擬試驗。

目前，大多數月表環境模擬設備只模擬真空環境及變溫環境下靜態月塵及月壤環境。美國“阿波羅號”工程系統級(或艙段)的研制試驗基本都是在休斯敦載人航天中心(MSC)?建造的兩臺大型空間環境模擬器(即模擬器A和模擬器B)上完成。模擬器A的內腔尺寸為:直徑16.764m、高度27.432?m,極限真空為l.33x10-4Pa,熱沉溫度達到173.3?℃，太陽模擬器(有兩個碳弧燈陣:一個在模擬室的側壁上,另一個在模擬室的頂部),月球模擬器(可承擔試件的最大質量6?8040kg,最大旋轉角度為180°)。模擬器B:直徑為7.62m、高度7.925m,主要用于載人航天器環境試驗及航天員的環境適應性試驗。除了航天員環境適應性試驗要求之外,其它試驗條件與模擬器A的條件相似。中國的KM系列、俄羅斯的GVU系列、日本的宇宙空間環境模擬實驗艙等，都能在高真空條件下進行溫度調節來模擬宇宙環境，有些還加入了輻射環境的模擬設備，用于模擬月表地表環境。但在月表光照面通常存在月塵靜電遷移作用，導致月表包裹在大量漂浮著的月塵中；特別是在晨昏線交界附近，月塵靜電遷移作用更加劇烈，登月設備必須面對如此惡劣的環境。現在對月球表秒環境的模擬還不夠真實。

發明內容

發明的目的是：提供一種月表塵埃環境模擬方法及裝置，它不僅能模擬月表宇宙輻射、真空及溫度環境，而且能真實的模擬月表塵埃漂浮環境，使模擬月球表面的環境更為真實。

本發明是這樣實現的：月表塵埃環境模擬方法，通過真空設備對腔體內大氣抽真空，使其真空度達到近似月表環境；將塵埃樣品置于腔體內的樣品槽中，并在-190～150℃范圍內調節塵埃樣品的溫度，采用微孔膜將塵埃樣品密封于樣品槽內；采用深紫外光譜對塵埃樣品進行紫外線照射，通過外光電效應使塵埃樣品帶電；再采用雙平面結構高壓電場板施加射頻電壓，在測試區域內產生射頻電場，用于吸引帶電的塵埃樣品漂浮；塵埃樣品受光譜激發后產生靜電遷移作用從而導致自身帶正電，受外加射頻電場吸引向上飛行，使其漂浮于腔體內部；并在腔體中提供空間熱輻射環境，從而達到模擬宇宙塵埃環境的目的。

月表塵埃環境模擬裝置，包括圓筒形的腔體，在腔體的兩端分別設有前艙門和后艙門，前艙門與后艙門分別通過前艙門法蘭與后艙門法蘭連接在腔體上；在腔體前端的頂部設有紫外射線源及放電裝置，在紫外射線源及放電裝置的下方設有處于腔體內的樣品槽；在樣品槽的后側設有上部電場板及下部電場板，上部電場板及下部電場板均通過絕緣柱分別固定在腔體的頂部及底部，上部電場板及下部電場板之間設有呈陣列排布的石英燈，石英燈固定在腔體內壁的兩側上；在腔體的后端底部設有真空接管，在真空接管的一側設有插板閥，在真空接管的底部設有塵埃收集區；在腔體上設有擴展法蘭孔，樣品槽、石英燈及電場板的電源線均通過擴展法蘭孔連接至外部電源。

所述的放電裝置為X射線源或電子槍。

樣品槽與水平面平行，放電裝置的入射角與水平面垂直，紫外射線源為兩個，它們分別處于放電裝置的兩側，紫外射線源的入射角與水平面的夾角為45～80°。

在樣品槽上部設有帶電控可開合式的微孔蓋，在樣品槽的底部設有帶電加熱及微通道制冷管路。可根據要求對樣品提供10K-500K溫度調節。