[發明專利]一種月面居住艙艙體防護結構

有效

• 申請號: 202010112046.8
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111268179B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 鄭漢生;劉俊;左易;羅瑀;錢成;李丹;王鑫劍;蘇振奇;李毅;陳粵海
• 申請（專利權）人: 四川航天系統工程研究所
• 主分類號: B64G1/52
• 分類號: B64G1/52;B64G1/54;B64G1/58;B32B27/28;B32B27/12;B32B27/02;B32B27/34;B32B27/40;B32B9/00;B32B9/04
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 張秀敏

本發明公開了一種月面居住艙艙體防護結構，屬于載人航天工程中可展開式太空艙的空間環境防護設計領域。包括靠近艙體內側設置的氣密層、設置在氣密層上的結構限制層、設置在結構限制層上的防熱層，所述結構限制層至少有兩層，在任意兩層所述的結構限制層之間設置有主防護層。本發明的月面居住艙艙體防護結構，能適應月面可展開居住艙的折疊和展開需求。艙體中間的主防護層，在居住艙完全展開后通過月面原位發泡工藝進行填充，成型的有機泡沫材料具有優良的隔熱和緩沖性能，能有效抵御月面的交變熱環境和微流星體撞擊。

技術領域

本發明涉及載人航天工程中可展開式太空艙的空間環境防護設計領域，更具體的說是涉及一種月面居住艙艙體防護結構。

背景技術

月球是人類開展深空探測的首選目標，其獨特的環境和資源使之成為開展空間天文、空間物理、行星科學、材料科學等基礎研究的理想場所。開展載人月球探測，在月面建立科研站或月球基地，是人類未來實現月球資源深度開發利用的重要手段和必然途徑。

月球站或月球基地的居住艙需適應月面的各種特殊環境，包括高真空、低重力(1/6g)、大溫差(-183℃至127℃)、空間輻射(高能宇宙線、太陽電磁輻射、太陽風)、微流星體、月塵等。為了給航天員在月面提供一個安全的駐留環境，居住艙的設計和建造應該從選址、材料、結構等方面重點解決熱控、輻射防護等問題。

月面居住艙按照結構形式的不同，可分為剛性艙和可展開艙。剛性艙通常由金屬材料制成，在地球上加工、制造和組裝后通過地月運輸系統運送到月球表面，整體來看成熟度較高，技術難度較低，但其提供的工作和生活空間較為有限，若要對艙段進行擴展，需進行多次地月間的物資運輸，增加建設成本?？烧归_式居住艙需在月球表面展開后才能使用，具體可采用充氣展開式或者機械展開式?？烧归_艙可以進行折疊裝載，因此在尺寸上受運載的約束較小。相比剛性艙，可展開艙在相同艙體容積下的質量更輕，擴展性更好，應用也更為靈活，但其對材料和結構的要求更高。若采用可展開式居住艙，需從材料選用和結構設計兩方面，針對空間輻射、月面高低溫、微流星體等惡劣環境因素進行多重防護。

目前，航天工程中對空間輻射、碎片和微流星體撞擊的通用防護手段是增加艙體厚度，這種方式的最大弊端是增加了艙體重量和發射成本。對于月面可展開式居住艙，目前沒有一種能綜合考慮輻射、高低溫和微流星體防護且能結合月面原位資源利用的輕量化艙體結構方案。

發明內容

本發明針對月面的特殊惡劣環境，提出一種輕量化的月面居住艙艙體防護結構方案，通過使用多層柔性復合材料和結構，并利用模擬月壤，可實現對空間高能輻射、月面高低溫以及微流星體的多重防護，以更小的發射重量代價實現更好的防護效果。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種月面居住艙艙體防護結構，包括靠近艙體內側設置的氣密層、設置在氣密層上的結構限制層、設置在結構限制層上的防熱層，所述結構限制層至少有兩層，在任意兩層所述的結構限制層之間設置有主防護層。

本發明的月面居住艙艙體防護結構由多層復合材料構成，主要包括氣密層、結構限制層、主防護層、防熱層。艙體內側的氣密層的主要作用是阻止艙內氣體泄漏，維持艙壓；結構限制層有內外兩層，其主要作用是承受氣密層以及主防護層的壓力載荷，兩層結構限制層之間為主防護層；主防護層是整個艙體防護結構最厚的部分，采用摻雜模擬月壤及含硼化合物的特種有機發泡材料，具有隔熱、屏蔽高能輻射以及抵擋微流星體撞擊的多重防護作用；艙體最外側的防熱層的作用是保護居住艙抵御月晝及月夜的極端高低溫交變環境。

進一步的，所述氣密層由單層或多層薄膜材料構成。

進一步的，所述薄膜材料為聚酰亞胺薄膜，其厚度為1-2mm。

進一步的，所述結構限制層由多層高強織物材料構成。

進一步的，所述高強織物為Kevlar織物或Vectran織物，其厚度為2-3mm。