[發(fā)明專利]一種火星薄殼地形模擬實(shí)施方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110928396.6
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113611203B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黨兆龍;陳百超;陶灼;鄒猛;宋家鋒;金敬福;齊迎春;賀連彬
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué);北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

本發(fā)明公開了一種火星特殊薄殼地形模擬實(shí)施方法，原料為模擬火星壤，模擬火星壤采用特定的粒徑分布和堆積密度整備；薄殼制備步驟包括：翻松、整平、配置溶液、噴灑溶液、風(fēng)干和檢測工序。本發(fā)明制備的模擬火星薄殼地形具有方法簡單、力學(xué)指標(biāo)優(yōu)異、制備周期短等特點(diǎn)，且能夠滿足火星車地面相關(guān)試驗(yàn)要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬深空探測領(lǐng)域，具體涉及一種火星薄殼地形模擬實(shí)施方法。

背景技術(shù)

火星表面除了松散的火星壤之外，還有一類特別的土壤類型Crusty-cloddy。該類型地面表現(xiàn)為表層為脆性，底層為松軟沙粒，即表層強(qiáng)度大于底層，對巡視器移動(dòng)具有迷惑性。火星的地面情況直接影響著陸的安全性，同時(shí)也對巡視器的探測造成潛在的危險(xiǎn)。在已知的火星地面類型中，海盜號著陸點(diǎn)地面類型有三種，其中海盜2號遇到的硬殼類火星地面(Crusty-cloddy)，這種類型的地面是在土塊(cloddy)上部具有一層硬殼(Crust)，破碎后的土塊尺寸在4cm左右，該類地面難于挖掘。勇氣號巡視器陷入火星特洛伊沙地時(shí)，車輪刨開了地表的一層硬殼，硬殼大約有2.45cm(1英寸)厚。硬殼下面露出了松軟的含沙物質(zhì)。當(dāng)勇氣號開始嘗試擺脫困境時(shí)，它的車輪攪起更多的含沙物質(zhì)。這些物質(zhì)含有高濃度的硫酸鹽，比在火星上其它地區(qū)所看到的物質(zhì)中硫酸鹽的濃度要高得多。

火星探路者于1997年4月成功降落在火星北半球的阿瑞斯谷的古洪水平原，在這一著陸點(diǎn)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)類土質(zhì)材料(soil-like materials)被稱為塊狀沉積物(cloddydeposits)，是一種中等密度且內(nèi)聚力較小的材料，并且這種材料是由大小不一的粉塵、土塊、小巖石碎片和礦物質(zhì)顆粒組成。它的表面散落著碎片、卵石，并且在一定程度上被一層灰塵或者明亮的風(fēng)化層覆蓋。明亮的風(fēng)化層或漂浮沉積物(drift deposits)通常是散落在表面，當(dāng)車輪碾壓過時(shí)，其表面發(fā)射率非常高，因此可以判定明亮風(fēng)化物或漂浮沉積物具有一致的細(xì)致紋理，多孔且可以被壓縮，并且厚度僅幾厘米。在表層深度0-1.4cm時(shí)，Mermaid風(fēng)化層(sol 14，第29個(gè)檢測處)的摩擦角(35.1°)要小于塊狀材料的摩擦角(40.6°)，這與Mermaid的表層是由灰色的玄武巖沙粒或細(xì)粒構(gòu)成的硬殼有關(guān)。

大多數(shù)Ares的沉積物與Viking 2號的殼和塊狀物質(zhì)相似，其摩擦角和內(nèi)聚力分別是34.5°±4.7°和1.1±0.8kPa。Scooby Doo上的覆蓋物(一塊亮粉紅色的巖石稱為Scooby-Doo，sol 12，第19個(gè)檢測處)與Viking 1號的塊狀的類土質(zhì)物質(zhì)相似，內(nèi)聚力是5.5±2.7kPa，內(nèi)摩擦角是30.8°±2.4°。表1列出了探路者號風(fēng)化層力學(xué)特性的平均估計(jì)值。

表1探路者號風(fēng)化層力學(xué)特性的平均估計(jì)值

巡視器是一種能夠在星球表面移動(dòng)，完成探測、采樣、運(yùn)載等任務(wù)的航天器，它的基本功能是具有星球表面行走能力。在進(jìn)行深空探測之前，需要在模擬星球環(huán)境中對其牽引性、通過性和機(jī)動(dòng)性進(jìn)行全面測試以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。而真實(shí)的星球模擬環(huán)境是巡視探測器進(jìn)行地球模擬試驗(yàn)的重要工作環(huán)境，因此確定合理的火星薄殼模擬結(jié)構(gòu)具有重要意義。

國外相關(guān)研究人員在不同粒徑分布和土壤成分的火星壤表面條件下，對水蒸氣在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，加入少量的鹽成分可以降低溶液的擴(kuò)散系數(shù)D。NASA通過在模擬火星壤中滲透水，然后在1000℃下烘干3天，在松軟的模擬火星壤中形成幾厘米厚的硬殼，但該方法時(shí)間長，并且形成面積較小。

本實(shí)施方法所制備的模擬火星薄殼地形具有結(jié)殼面積大、速度快等特點(diǎn)，且所形成的殼層地面承壓能力強(qiáng)，更接近于真是的火星表面特殊地形。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提一種火星薄殼地形模擬實(shí)施方法。

本發(fā)明原料為模擬火星壤，其中，其重量百分比配比為細(xì)粒徑72.2％、粗粒徑27.8％，細(xì)粒徑和粗粒徑模擬火星壤的力學(xué)參數(shù)如下：

表2模擬火星壤參數(shù)表