[發明專利]一種火星表面氣體成分模擬裝置及方法

有效

• 申請號: 202010323062.1
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111579261B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 王亞軍;賽建剛;趙燕;張海民;韓磊;高斌;于攀龍;孟寧飛;高博
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;F17C7/00;F17C13/04;F17C13/02;F17D3/01;F17D3/18;F04D19/04;F04D25/16;F04D27/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王凱敏

為了解決現有地面模擬方案存在較大的模擬誤差，不能真實準確地模擬火星表面的壓力環境的技術問題，本發明提供了一種火星表面氣體成分模擬裝置及方法。本發明最大程度考慮了火星表面的氣體成分，可以接近實際模擬火星大氣狀態，為火星探測器在地面進行真實精確的環境模擬試驗提供技術支持。

技術領域

本發明屬于航天器測試試驗技術領域，具體涉及一種火星表面氣體成分模擬裝置及方法。

背景技術

人類探測火星的目的除了探索宇宙的奧秘之外，還在于火星是我們地球的近鄰，它的特征在很多方面都與地球極為相似。有人認為，火星的現在就是地球的未來。因而對火星進行探測和研究，對于認識我們居住的地球的環境，特別是認識地球的長期演化過程是十分重要的。

我國于2016年正式提出火星探測計劃并已經開始實施，在火星探測過程中模擬火星表面大氣環境的測試試驗工作尤為重要，這項工作很大程度上決定火星探測的成功與否。

火星表面與地球表面大氣環境不同，其主要成分為95％的二氧化碳，3％的氮氣，1％的氬氣，1％氫氣等。目前在地面模擬火星探測器承受火星表面壓力環境時，是用純氮氣或純二氧化碳氣體充入模擬器中模擬，這樣做的缺點是氣體組分單一，只是用替代方式粗略模擬，存在較大的模擬誤差，不能真實準確地模擬火星表面的壓力環境。

發明內容

為了解決現有地面模擬方案存在較大的模擬誤差，不能真實準確地模擬火星表面的壓力環境的技術問題，本發明提供了一種火星表面氣體成分模擬裝置及方法。

本發明的技術方案是：

一種火星表面氣體成分模擬裝置，其特殊之處在于：包括供氣系統、流量控制系統、真空系統、氣體降壓系統、氣體電離系統、質譜系統和離子收集系統及上位機；

供氣系統包括并行設置的二氧化碳氣瓶、氮氣瓶、氬氣瓶、氫氣瓶；

流量控制系統包括第一真空閥門及并行設置的二氧化碳管路、氮氣管路、氬氣管路和氫氣管路；二氧化碳管路、氮氣管路、氬氣管路和氫氣管路的一端分別與二氧化碳氣瓶、氮氣瓶、氬氣瓶、氫氣瓶連通，另一端均與第一真空閥門的一端連接，第一真空閥門的另一端與真空系統中的真空腔室的輸入端連接；在二氧化碳管路、氮氣管路、氬氣管路和氫氣管路上分別設置有二氧化碳質量流量計、氮氣質量流量計、氬氣質量流量計、氫氣質量流量計；

真空系統包括依次連接的真空腔室、真空系統主閥和第一抽氣單元；真空腔室上設置有用于測量其內真空度的第一真空規；真空腔室由鋁合金或不銹鋼材料制成，且內表面進行陽極氧化處理，腔室內用于放置火星探測器；所述第一抽氣單元用于給真空腔室抽真空，使其內氣體壓力降低至滿足試驗壓力要求；

氣體降壓系統包括依次連接的減壓腔、降壓系統主閥和第二抽氣單元；減壓腔的輸入端通過第二真空閥門與真空腔室的輸出端相連通；減壓腔上設置有用于測量其內真空度的第二真空規；減壓腔的其中一個輸出端通過第四真空閥門與所述氣體電離系統的輸入端相連；第二抽氣單元用于給減壓腔抽真空，使其內氣體壓力降低；

氣體電離系統用于將進入其中的氣體分子電離以形成離子；

質譜系統用于對離子進行篩選后送入離子收集系統；

離子收集系統根據接收到的各類氣體的離子流濃度產生相應的電流信號，并送入上位機；

上位機根據離子收集系統發送的電流信號和離子流濃度成正比關系的特點，參照設定的氣體濃度控制二氧化碳質量流量計、氮氣質量流量計、氬氣質量流量計、氫氣質量流量計的開度，從而保證真空腔室內的氣體成分比例。

進一步地，所述第一抽氣單元包括依次連接的第一分子泵、分子泵前級閥、第一干泵，第一分子泵通過所述真空系統主閥與真空腔室的其中一個輸出端相連。