CN103318428B - 月表尘埃环境模拟方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种月表尘埃环境模拟方法及装置，通过真空设备对腔体内大气抽真空，使其真空度达到近似月表环境；将尘埃样品置于腔体内的样品槽中，并在-190～150℃范围内调节尘埃样品的温度，采用微孔膜将尘埃样品密封于样品槽内；采用深紫外光谱对尘埃样品进行紫外线照射，通过外光电效应使尘埃样品带电；通过电场吸引尘埃样品漂浮从而创造尘埃环境，并依靠石英灯列阵控制环境温度，通过调节射线强度和电场强度控制尘埃浓度及运动剧烈程度，从而达到模拟宇宙尘埃环境的目的。本发明解决现有技术不能有效模拟实际月表尘埃环境的问题。本发明容易实施，结构简单，使用效果好。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其是一种月表尘埃环境模拟方法及装置。
背景技术
执行探月任务的航天器与环绕地球的航天器所面临的外部环境有很大的区别，根据Apollo时代的飞行记录，其中非常显著的一点是，月壤和月尘对航天器的可靠性提出了极为严峻的挑战。为了确保Apollo登月计划的顺利实施,美国在20世纪五六十年代针对月壤、月尘环境的成因、环境效应以及地面模拟方法进行了研究。近年来,随着“重返月球”观点的提出,这方面的研究再次成为关注的焦点。
在实现载人航天任务后,我国提出了“嫦娥”计划,拟分三步完成探月任务.第一步,在2007年将探测卫星送入环绕月球的轨道;第二步,2012年前后实施月球软着陆和自动巡视勘察;第三步,2017年前后实施月球样品自动采样返回.目前,一期绕月卫星已经进入正样星阶段,完成“绕”、“落”、“回”,三步之后，将进一步开展载人探月计划。为了确保登月飞船月表自动巡视勘察系统(月球车)的可靠工作，必须研究月尘环境的地面模拟方法,开展充分的环境模拟试验。
目前，大多数月表环境模拟设备只模拟真空环境及变温环境下静态月尘及月壤环境。美国“阿波罗号”工程系统级(或舱段)的研制试验基本都是在休斯敦载人航天中心(MSC)建造的两台大型空间环境模拟器(即模拟器A和模拟器B)上完成。模拟器A的内腔尺寸为:直径16.764m、高度27.432m,极限真空为l.33x10-4Pa,热沉温度达到173.3℃，太阳模拟器(有两个碳弧灯阵:一个在模拟室的侧壁上,另一个在模拟室的顶部),月球模拟器(可承担试件的最大质量68040kg,最大旋转角度为180°)。模拟器B:直径为7.62m、高度7.925m,主要用于载人航天器环境试验及航天员的环境适应性试验。除了航天员环境适应性试验要求之外,其它试验条件与模拟器A的条件相似。中国的KM系列、俄罗斯的GVU系列、日本的宇宙空间环境模拟实验舱等，都能在高真空条件下进行温度调节来模拟宇宙环境，有些还加入了辐射环境的模拟设备，用于模拟月表地表环境。但在月表光照面通常存在月尘静电迁移作用，导致月表包裹在大量漂浮着的月尘中；特别是在晨昏线交界附近，月尘静电迁移作用更加剧烈，登月设备必须面对如此恶劣的环境。现在对月球表秒环境的模拟还不够真实。
发明内容
发明的目的是：提供一种月表尘埃环境模拟方法及装置，它不仅能模拟月表宇宙辐射、真空及温度环境，而且能真实的模拟月表尘埃漂浮环境，使模拟月球表面的环境更为真实。
本发明是这样实现的：月表尘埃环境模拟方法，通过真空设备对腔体内大气抽真空，使其真空度达到近似月表环境；将尘埃样品置于腔体内的样品槽中，并在-190～150℃范围内调节尘埃样品的温度，采用微孔膜将尘埃样品密封于样品槽内；采用深紫外光谱对尘埃样品进行紫外线照射，通过外光电效应使尘埃样品带电；再采用双平面结构高压电场板施加射频电压，在测试区域内产生射频电场，用于吸引带电的尘埃样品漂浮；尘埃样品受光谱激发后产生静电迁移作用从而导致自身带正电，受外加射频电场吸引向上飞行，使其漂浮于腔体内部；并在腔体中提供空间热辐射环境，从而达到模拟宇宙尘埃环境的目的。
月表尘埃环境模拟装置，包括圆筒形的腔体，在腔体的两端分别设有前舱门和后舱门，前舱门与后舱门分别通过前舱门法兰与后舱门法兰连接在腔体上；在腔体前端的顶部设有紫外射线源及放电装置，在紫外射线源及放电装置的下方设有处于腔体内的样品槽；在样品槽的后侧设有上部电场板及下部电场板，上部电场板及下部电场板均通过绝缘柱分别固定在腔体的顶部及底部，上部电场板及下部电场板之间设有呈阵列排布的石英灯，石英灯固定在腔体内壁的两侧上；在腔体的后端底部设有真空接管，在真空接管的一侧设有插板阀，在真空接管的底部设有尘埃收集区；在腔体上设有扩展法兰孔，样品槽、石英灯及电场板的电源线均通过扩展法兰孔连接至外部电源。
所述的放电装置为X射线源或电子枪。
样品槽与水平面平行，放电装置的入射角与水平面垂直，紫外射线源为两个，它们分别处于放电装置的两侧，紫外射线源的入射角与水平面的夹角为45～80°。
在样品槽上部设有带电控可开合式的微孔盖，在样品槽的底部设有带电加热及微通道制冷管路。可根据要求对样品提供10K-500K温度调节。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明采用在真空环境下，调节尘埃样品的温度范围；采用深紫外光谱对尘埃样品进行紫外线照射，并使尘埃样品带电；通过电场吸引尘埃样品漂浮从而创造尘埃环境，并依靠石英灯列阵控制环境温度，通过调节射线强度和电场强度控制尘埃浓度及运动剧烈程度，从而达到模拟接近真实宇宙尘埃环境的目的。以解决现有技术不能有效模拟实际月表尘埃环境的问题。本发明容易实施，结构简单，使用效果好。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为附图1的I-I剖视图；
附图3为本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
本发明的实施例:月表尘埃环境模拟方法，通过真空设备对腔体内大气抽真空，使其真空度达到近似月表环境；将尘埃样品置于腔体内的样品槽中，并在-190～150℃范围内调节尘埃样品的温度，采用微孔膜将尘埃样品密封于样品槽内；采用深紫外光谱对尘埃样品进行紫外线照射，通过外光电效应使尘埃样品带电；再采用双平面结构高压电场板施加射频电压，在测试区域内产生射频电场，用于吸引带电的尘埃样品漂浮；尘埃样品受光谱激发后产生静电迁移作用从而导致自身带正电，受外加射频电场吸引向上飞行，使其漂浮于腔体内部；并在腔体中提供空间热辐射环境，从而达到模拟宇宙尘埃环境的目的。
月表尘埃环境模拟装置的结构如图1所示，包括圆筒形的腔体9，在腔体9的两端分别设有前舱门3和后舱门12，前舱门3与后舱门12分别通过前舱门法兰2与后舱门法兰10连接在腔体9上；在腔体9前端的顶部设有紫外射线源1及放电装置5，放电装置5采用X射线源也可采用电子枪替代，在紫外射线源1及放电装置5的下方设有处于腔体9内的样品槽4，样品槽4与水平面平行，放电装置5的入射角与水平面垂直，紫外射线源1为两个，它们分别处于放电装置5的两侧，紫外射线源1的入射角与水平面的夹角为45～80°；在样品槽4上部设有带电控可开合式的微孔盖，在样品槽4的底部设有带电加热及微通道制冷管路，可根据要求对尘埃样品提供10K-500K的温度调节；在样品槽4的后侧设有上部电场板6及下部电场板8，上部电场板6及下部电场板8均通过绝缘柱分别固定在腔体9的顶部及底部，上部电场板6及下部电场板8之间设有呈阵列排布的石英灯7，石英灯7固定在腔体9内壁的两侧上；在腔体9的后端底部设有真空接管13，在真空接管13的一侧设有插板阀14，在真空接管13的底部设有尘埃收集区15；在腔体9上设有扩展法兰孔11，样品槽4、石英灯7及电场板的电源线均通过扩展法兰孔11连接至外部电源。
本实施例中，腔体9的中段设有6列共22个扩展法兰孔11，单侧上部两列每列3孔，中部和下部每列各4孔，扩展法兰孔11的设置数量及位置可根据腔体9中的设备规格、位置来进行相应调整。扩展法兰孔11可根据需要安装规管等测量仪表。在腔体9两侧设置的石英灯7的垂直法线均指向腔体9的中心轴对称线，单侧石英灯列阵7共6行4列总计24个，石英灯7指向腔体中心线，自上而下呈弧形分布在腔体9内侧，第四行石英灯法线平行于X水平面，石英灯7根据需要可调节焦点位置。
Claims (4)
1.一种月表尘埃环境模拟装置，包括圆筒形的腔体（9），其特征在于：在腔体（9）的两端分别设有前舱门（3）和后舱门（12），前舱门（3）与后舱门（12）分别通过前舱门法兰（2）与后舱门法兰（10）连接在腔体（9）上；在腔体（9）前端的顶部设有紫外射线源（1）及放电装置（5），在紫外射线源（1）及放电装置（5）的下方设有处于腔体（9）内的样品槽（4）；在样品槽（4）的后侧设有相互平行的上部电场板（6）及下部电场板（8），上部电场板（6）及下部电场板（8）均通过绝缘柱分别固定在腔体（9）的顶部及底部，上部电场板（6）及下部电场板（8）之间设有呈阵列排布的石英灯（7），石英灯（7）固定在腔体（9）内壁的两侧上；在腔体（9）的后端底部设有真空接管（13），在真空接管（13）的一侧设有插板阀（14），在真空接管（13）的底部设有尘埃收集区（15）；在腔体（9）上设有扩展法兰孔（11），样品槽（4）、石英灯（7）及电场板的电源线均通过扩展法兰孔（11）连接至外部电源。
2.根据权利要求1所述的月表尘埃环境模拟装置，其特征在于：所述的放电装置（5）为X射线源或电子枪。
3.根据权利要求1所述的月表尘埃环境模拟装置，其特征在于：样品槽（4）与水平面平行，放电装置（5）的入射角与水平面垂直，紫外射线源（1）为两个，它们分别处于放电装置（5）的两侧，紫外射线源（1）的入射角与水平面的夹角为45～80°。
4.根据权利要求1所述的月表尘埃环境模拟装置，其特征在于：在样品槽（4）上部设有带电控可开合式的微孔盖，在样品槽（4）的底部设有带电加热及微通道制冷管路。
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| 月球尘埃迁移实验平台初步设计;金宏;《第十届全国月球科学与比较行星学陨石学与天体化学学术研讨会会议论文集》;20121024;正文第1页第2段-第2页第7段，附图1 * |
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