CN105952484A - 深地空间舱 - Google Patents

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Abstract

深地空间舱，属于深地科学技术领域。应用于地球表面下方，包括空间舱本体，空间舱本体上设置有应变监测器、应力监测器及通风系统，空间舱本体内设置有紧急避难所、公共活动空间、应急能源供应室及数据处理分析中心，数据处理分析中心中设置有相连接的数据分析系统及数据采集系统，空间舱本体还设有与地球表面外部相连通的通道，所述通道设置有屏蔽门，还包括通过巷道与空间舱本体相连通的研究室，巷道上分别相对设置有应变监测器及应力监测器，所述应变监测器、应力监测器分别与数据采集系统相连。本发明适用于深地研究。

Description

深地空间舱
技术领域
本发明属于深地科学技术领域，尤其是涉及一种深地环境合成与调控技术的深地空间舱。
背景技术
1999年科技部提出“上天、入地、下海、登极”的科研八字方针。2015年10月十八届五中全会通过《“十三五”规划的建议》表示鼓励开展基础性前沿性创新研究，实施一批国家重大科技项目，积极提出并牵头组织国际大科学计划和大科学工程。围绕国家战略思考、资源科技发展，超前布局、积极推动非常规资源和深地资源等领域技术发展已然迫在眉睫。
随着地球资源的不断开发和利用，其浅部矿物资源逐渐枯竭，目前地球资源开发不断走向地球深部，例如，目前煤炭开采深度已达1500m(新汶孙村矿)，地热开采深度超过3500m(北京朝阳)，有色金属矿开采深度超过4350m(南非姆波尼格金矿)，油气资源开采深度达7500m(新疆塔里木、四川元坝)。然而，在深部资源开发过程中常伴随着重大灾害事故，且机理不清，难以有效预测与防治。此外，目前人类尚且无法有效进行依赖于深地的、原位的真实条件与环境开展的及深地岩石力学、深部地球物理、暗物质、暗能量、深地微生物、古地质、古气候等影响人类发展的未知大科学探索，同时无法在深地开展资源开发、核废料存储、CO2地质处置、地震预报、军事防护等影响国家安全与发展的重大工程。因此亟需一种深地空间舱以便能够有效探索深地环境并进行相应资源开发，以便实现深地重大科学技术探索。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了填补现有技术的空白，提供一种深地空间舱。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：深地空间舱，应用于地球表面下方，包括空间舱本体，空间舱本体上设置有应变监测器、应力监测器及通风系统，空间舱本体内设置有紧急避难所、控制室、应急能源供应室及数据处理分析中心，数据处理分析中心中设置有相连接的数据分析系统及数据采集系统，空间舱本体还设有与地球表面外部相连通的通道，所述通道设置有屏蔽门，还包括通过巷道与空间舱本体相连通的研究室，巷道上分别相对设置有应变监测器及应力监测器，所述应变监测器、应力监测器分别与数据采集系统相连。
进一步的，紧急避难所顶部设置有空气过滤器，其内部设置有应急食品存储中心及应急药品存储中心，控制室中设置有集控装置、排水系统、空气再生装置，应急能源供应室内设置有应急柴油发电机组、柴油存储罐，数据处理分析中心顶部设置有空调系统，集控装置分别与通风系统及数据处理分析中心相连。
具体的，研究室包括深地生命研究室、深地气候研究室、深地生物特征及变异研究室、深地新材料研究室、深地生物能源研究室中的一个或多个；深地生命研究室用于研究深地微生物与生命能量，深地气候研究室用于研究深地古气候，深地生物特征及变异研究室用于探测生物体在深地环境下的情况，深地新材料研究室用于进行深地新材料物理化学合成研究，深地生物能源研究室用于进行深地CO2生物转化研究。
进一步的，所述深地生命研究室设置有屏蔽门，其内部设置有相连接的通风系统与空气净化系统，还设置有负压隔离器、中央试验台、实验边台、生物安全柜及取样分析室，还包括有应变监测器、应力监测器、重力测量仪、湿度测量仪以及与湿度测量仪相连接的湿度补偿仪、温度测量仪以及与温度测量仪相连接的温度补偿仪、压力测量仪以及与压力测量仪相连接的压力补偿仪，应变监测器、应力监测器、重力测量仪、湿度测量仪、温度测量仪与压力测量仪分别与数据采集系统相连。
进一步的，所述深地气候研究室设置有屏蔽门，其内部设置有通风系统、同位素测量仪、离子色谱系统、碳分析仪、岩芯分析系统、岩芯钻探取样系统，还设置有应变监测器、应力监测器、温度测量仪以及与温度测量仪相连接的温度补偿仪、压力测量仪以及与压力测量仪相连接的压力补偿仪，应变监测器、应力监测器、温度测量仪与压力测量仪分别与数据采集系统相连。
进一步的，所述深地生物特征及变异研究室设置有屏蔽门，其内部设置有通风系统、等温滴定量热仪、超高速分选系统、激光显微切割系统、生物大分子相互作用仪、双光子共聚焦显微镜、基因芯片操作系统，还设置有应变监测器、应力监测器、重力测量仪、湿度测量仪以及与湿度测量仪相连接的湿度补偿仪、温度测量仪以及与温度测量仪相连接的温度补偿仪、压力测量仪以及与压力测量仪相连接的压力补偿仪，应变监测器、应力监测器、重力测量仪、湿度测量仪、温度测量仪与压力测量仪分别与数据采集系统相连。
进一步的，所述深地新材料研究室设置有屏蔽门，其内部设置有通风系统、真空感应炉、高温高压慢应变试验机、高频疲劳试验机、五轴五联动高精密加工中心、扫描电子显微镜，还设置有应变监测器、应力监测器、重力测量仪、温度测量仪以及与温度测量仪相连接的温度补偿仪、压力测量仪以及与压力测量仪相连接的压力补偿仪，应变监测器、应力监测器、重力测量仪、温度测量仪与压力测量仪分别与数据采集系统相连。
进一步的，所述深地生物能源研究室设置有屏蔽门，其内部设置有通风系统、X-射线衍射仪、生物分子相互作用系统、细胞工作站、差示扫描热量仪、超高速离心机，还设置有应变监测器、应力监测器、重力测量仪、湿度测量仪以及与湿度测量仪相连接的湿度补偿仪、温度测量仪以及与温度测量仪相连接的温度补偿仪、压力测量仪以及与压力测量仪相连接的压力补偿仪，应变监测器、应力监测器、重力测量仪、湿度测量仪、温度测量仪与压力测量仪分别与数据采集系统相连。
本发明的有益效果是：系统性强，功能完善，能够在完全异于地表的物理环境和生化环境中进行科学探索或重大工程，为深地医学、物理化学合成、生命科学、地球科学和深部岩体力学等多个学科的重大前沿领域提供物理条件，填补了目前深地资源开发的空白。本发明适用于深地研究。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明中巷道的结构示意图；
图3是本发明中的深地生命研究室的结构示意图；
图4是本发明中的深地气候研究室的结构示意图；
图5是本发明中的深地生物特征及变异研究室的结构示意图；
图6是本发明中深地新材料研究室的结构示意图；
图7是本发明中深地生物能源研究室的结构示意图；
其中，1为屏蔽门，2为集控装置，3为数据分析系统，4为数据处理分析中心，5为空调系统，6为数据采集系统，7为排水系统，8为应急柴油发电机组，9为应急能源供应室，10为柴油存储罐，11为空气再生装置，12为应急食品存储中心，13为空气过滤器，14为紧急避难所，15为应急药品存储中心，16为应变监测器，17为控制室，18为应力监测器，19为地球表面，20为通风系统，21为巷道，22为深地生命研究室，23为深地气候研究室，24为深地生物特征及变异研究室，25为深地新材料研究室，26为深地生物能源研究室，27为生物安全柜，28为取样分析室，29为湿度测量仪，30为湿度补偿仪，31为温度测量仪，32为温度补偿仪，33为负压隔离器，34为中央试验台，35为实验边台，36为压力测量仪，37为压力补偿仪，38为重力测量仪，39为空气净化系统，40为同位素测量仪，41为离子色谱系统，42为碳分析仪，43为岩芯分析系统，44为岩芯钻探取样系统，45为等温滴定量热仪，46为超高速分选系统，47为激光显微切割系统，48为生物大分子相互作用仪，49为双光子共聚焦显微镜，50为基因芯片操作系统，51为真空感应炉，52为高温高压慢应变试验机，53为高频疲劳试验机，54为五轴五联动高精密加工中心，55为扫描电子显微镜，56为X-射线衍射仪，57为生物分子相互作用系统，58为细胞工作站，59为差示扫描热量仪，60为超高速离心机。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
如图1-2所示，本发明的深地空间舱，应用于地球表面19下方，包括空间舱本体，空间舱本体内部顶部上设置有应变监测器16、应力监测器18及通风系统20，空间舱本体内设置有紧急避难所14、控制室17、应急能源供应室9及数据处理分析中心4，紧急避难所14顶部设置有空气过滤器13，其内部设置有应急食品存储中心12及应急药品存储中心15，控制室中设置有集控装置2、排水系统7、空气再生装置11，集控装置2分别与通风系统20及数据处理分析中心4相连，集控装置用于对通风系统进行集中控制。应急能源供应室9内设置有应急柴油发电机组8、柴油存储罐10，数据处理分析中心4顶部设置有空调系统5，空调系统5为专用空调，是相对商用舒适性空调而言，具有大风量，小焓差，潜热量小，不间断运行，常年制冷，送回风方式较多，静压箱送风，高显热比的特点；中心内还设置有相连接的数据分析系统3及数据采集系统6；空间舱本体还设有与地球表面外部相连通的通道，所述通道设置有屏蔽门1，还包括通过巷道21与空间舱本体相连通的研究室，巷道21入口、中部、出口处的顶部、底部及四周均布有应变监测器16及应力监测器18，每组应变监测器16相对设置，每组应力监测器18相对设置，应变监测器16、应力监测器18用以测量巷道的变形及应力，确保巷道的变形及应力处于容许值以内，并在巷道应力、变形超过容许值时进行必要的衬砌。所述应变监测器16、应力监测器18与数据采集系统6相连，数据采集系统6与数据分析系统3相连，以便数据处理分析中心能够及时采集分析相应数据变化情况。
目前深地在学术上并无严格界定，但一般认为800米以深即算深地。
深地空间舱具有的持续增重效应是地面实验室难以实现的，因此钻孔深度主要取决于实验所需的增重效应。随着钻孔深度的增加而不断布设重力测量仪，当满足实验所需的增重效应时即在此深度开挖成深地实验室所需尺寸，并对洞室进行衬砌，根据具体实验要求铺设压力、温度、湿度等测量装置与补偿装置及重力测量装置与实验设备，使实验室条件达到所需要求。
由于深地空间舱位于地底深处，具有增重效应，以及完全异于地表的物理环境和生化环境，具体而言，其环境具有三无(无宇宙射线、无太阳光、无氧气)、三有(高温、高压、高湿)以及背景噪声极低等特征，能够为深地医学、物理化学合成、生命科学、地球科学和深部岩体力学等多个学科的重大前沿领域提供物理条件。此外，还可以利用利用深地原位极端环境开展小体量、有限空间的生命代谢及生物变异、深地微生物学与生命能量溯源、深地新材料物理化学合成以及古气候变迁等科学探索。
实施例
具体而言，可以利用如下实施例中的研究室实现相应方向的研究。
深地生命研究室22，可以开展深地微生物学与生命能量溯源研究。探索深地极端环境下微生物的能量来源、繁衍模式、生命代谢过程，及其对深地油、气、矿物等资源开发的影响。
深地气候研究室23，能够开展深地古气候追溯研究。地球内部放射性衰变、古气候变迁等诱发了地球岩石圈升温与冷却、膨胀与收缩，并且在深部岩体遗留痕迹。研究古气候变化与地球热力学演化的内在关系，有可能对地球演化和全球变暖机理作出新诠释。
深地生物特征及变异研究室24，研究深地超重效应与“三无”“三有”环境作用下，生物体的生理特征、发育变化和代谢规律，以及生物体在深地极端环境下可能的生物变异行为。
深地新材料研究室25，可以开展深地新材料物理化学合成研究。探索在深地环境(“三无”“三有”)条件下金刚石、钻石等的物理化学合成(压力>5GPa，温度>1100℃)，以及新型铁基、新型硫化氢超导体等需特殊环境才能合成的新型材料(高温>1000℃、高压>10GPa)。
深地生物能源研究室26，可以开展深地CO2生物转化研究。利用深地中广泛分布的内源微生物，以埋存的CO2为底物，通过CO2生物还原途径合成CH4的生物技术，实现生物转化，探索新的深地生物质能源。
如图3所示，为了满足深地生命的生存环境，所述深地生命研究室22设置有屏蔽门1，其内部设置有相连接的通风系统20与空气净化系统39，还设置有负压隔离器33、中央试验台34、实验边台35、生物安全柜27及取样分析室28，还包括有应变监测器16、应力监测器18、重力测量仪38、湿度测量仪29、湿度补偿仪30、温度测量仪31、温度补偿仪32、压力测量仪36、压力补偿仪37，应变监测器16、应力监测器18分别与数据采集系统6相连。湿度测量仪与湿度补偿仪相连，以便测量研究室内的湿度并进行调节，温度测量仪与温度补偿仪相连，以便测量研究室内的温度并进行调节，压力测量仪与压力补偿仪相连，以便测量研究室内的压力并进行调节，使得适于进行试验。不同的实验室对温度、湿度、压力有不同的需求，可以依据各个实验室的需求改变该实验室内的上述参数。
如图4所示，为了进行深地气候科学研究，所述深地气候研究室23设置有屏蔽门1，其内部设置有通风系统20、同位素测量仪40、离子色谱系统41、碳分析仪42、岩芯分析系统43、岩芯钻探取样区44，还设置有应变监测器16、应力监测器18、温度测量仪31以及与温度测量仪31相连接的温度补偿仪32、压力测量仪36以及与压力测量仪36相连接的压力补偿仪37，应变监测器16、应力监测器18分别与数据采集系统6相连。
如图5所示，为了满足研究要求，深地生物特征及变异研究室24设置有屏蔽门1、四周设置有湿度测量仪29、湿度补偿仪30、温度测量仪31、温度补偿仪32、压力测量仪36、压力补偿仪37、重力测量仪38、应变监测器16、应力监测器18、通风系统20、等温滴定量热仪45、超高速分选系统46、激光显微切割系统47、生物大分子相互作用仪48、双光子共聚焦显微镜49、基因芯片操作系统50，所述湿度测量仪29与湿度补偿仪30相连，温度测量仪31与温度补偿仪32相连，压力测量仪(36)与压力补偿仪(37)相连，应变监测器16、应力监测器18与数据采集系统6相连。
如图6所示，为满足研究要求，为进行深地新材料研究，所述深地新材料研究室25设置有屏蔽门1，其内部设置有通风系统20、真空感应炉51、高温高压慢应变试验机52、高频疲劳试验机53、五轴五联动高精密加工中心54、扫描电子显微镜55，还设置有应变监测器16、应力监测器18、重力测量仪38、温度测量仪31以及与温度测量仪31相连接的温度补偿仪32、压力测量仪36以及与压力测量仪36相连接的压力补偿仪37，应变监测器16、应力监测器18分别与数据采集系统6相连。
如图7所示，为了满足研究要求，深地生物能源研究室26设置有屏蔽门1、湿度测量仪29、湿度补偿仪30、温度测量仪31、温度补偿仪32、压力测量仪36、压力补偿仪37、重力测量仪38、应变监测器16、应力监测器18、通风设施20、X-射线衍射仪56、生物分子相互作用系统57、细胞工作站58、差示扫描热量仪59、超高速离心机60,所述湿度测量仪29与湿度补偿仪30相连，温度测量仪31与温度补偿仪32相连，压力测量仪(36)与压力补偿仪(37)相连，应变监测器16、应力监测器18与数据采集系统6相连。

Claims (8)

1.深地空间舱，其特征在于，应用于地球表面(19)下方，包括空间舱本体，空间舱本体上设置有应变监测器(16)、应力监测器(18)及通风系统(20)，空间舱本体内设置有紧急避难所(14)、控制室(17)、应急能源供应室(9)及数据处理分析中心(4)，数据处理分析中心(4)中设置有相连接的数据分析系统(3)及数据采集系统(6)，空间舱本体还设有与地球表面外部相连通的通道，所述通道设置有屏蔽门(1)，还包括通过巷道(21)与空间舱本体相连通的研究室，巷道(21)上分别相对设置有应变监测器(16)及应力监测器(18)，所述应变监测器(16)、应力监测器(18)分别与数据采集系统(6)相连。
2.如权利要求1所述的深地空间舱，其特征在于，紧急避难所(14)顶部设置有空气过滤器(13)，其内部设置有应急食品存储中心(12)及应急药品存储中心(15)，控制室中设置有集控装置(2)、排水系统(7)、空气再生装置(11)，应急能源供应室(9)内设置有应急柴油发电机组(8)、柴油存储罐(10)，数据处理分析中心(4)顶部设置有空调系统(5)，集控装置(2)分别与通风系统(20)及数据处理分析中心(4)相连。
3.如权利要求2所述的深地空间舱，其特征在于，研究室包括深地生命研究室(22)、深地气候研究室(23)、深地生物特征及变异研究室(24)、深地新材料研究室(25)、深地生物能源研究室(26)中的一个或多个；
深地生命研究室(22)用于研究深地微生物与生命能量，
深地气候研究室(23)用于研究深地古气候，
深地生物特征及变异研究室(24)用于探测生物体在深地环境下的情况，
深地新材料研究室(25)用于进行深地新材料物理化学合成研究，
深地生物能源研究室(26)用于进行深地CO2生物转化研究。
4.如权利要求3所述的深地空间舱，其特征在于，所述深地生命研究室(22)设置有屏蔽门(1)，其内部设置有相连接的通风系统(20)与空气净化系统(39)，还设置有负压隔离器(33)、中央试验台(34)、实验边台(35)、生物安全柜(27)及取样分析室(28)，还包括有应变监测器(16)、应力监测器(18)、重力测量仪(38)、湿度测量仪(29)以及与湿度测量仪(29)相连接的湿度补偿仪(30)、温度测量仪(31)以及与温度测量仪(31)相连接的温度补偿仪(32)、压力测量仪(36)以及与压力测量仪(36)相连接的压力补偿仪(37)，应变监测器(16)、应力监测器(18)、重力测量仪(38)、湿度测量仪(29)、温度测量仪(31)与压力测量仪(36)分别与数据采集系统(6)相连。
5.如权利要求3所述的深地空间舱，其特征在于，所述深地气候研究室(23)设置有屏蔽门(1)，其内部设置有通风系统(20)、同位素测量仪(40)、离子色谱系统(41)、碳分析仪(42)、岩芯分析系统(43)、岩芯钻探取样系统(44)，还设置有应变监测器(16)、应力监测器(18)、温度测量仪(31)以及与温度测量仪(31)相连接的温度补偿仪(32)、压力测量仪(36)以及与压力测量仪(36)相连接的压力补偿仪(37)，应变监测器(16)、应力监测器(18)、温度测量仪(31)与压力测量仪(36)分别与数据采集系统(6)相连。
6.如权利要求3所述的深地空间舱，其特征在于，所述深地生物特征及变异研究室(24)设置有屏蔽门(1)，其内部设置有通风系统(20)、等温滴定量热仪(45)、超高速分选系统(46)、激光显微切割系统(47)、生物大分子相互作用仪(48)、双光子共聚焦显微镜(49)、基因芯片操作系统(50)，还设置有应变监测器(16)、应力监测器(18)、重力测量仪(38)、湿度测量仪(29)以及与湿度测量仪(29)相连接的湿度补偿仪(30)、温度测量仪(31)以及与温度测量仪(31)相连接的温度补偿仪(32)、压力测量仪(36)以及与压力测量仪(36)相连接的压力补偿仪(37)，应变监测器(16)、应力监测器(18)、重力测量仪(38)、湿度测量仪(29)、温度测量仪(31)与压力测量仪(36)分别与数据采集系统(6)相连。
7.如权利要求3所述的深地空间舱，其特征在于，所述深地新材料研究室(25)设置有屏蔽门(1)，其内部设置有通风系统(20)、真空感应炉(51)、高温高压慢应变试验机(52)、高频疲劳试验机(53)、五轴五联动高精密加工中心(54)、扫描电子显微镜(55)，还设置有应变监测器(16)、应力监测器(18)、重力测量仪(38)、温度测量仪(31)以及与温度测量仪(31)相连接的温度补偿仪(32)、压力测量仪(36)以及与压力测量仪(36)相连接的压力补偿仪(37)，应变监测器(16)、应力监测器(18)、重力测量仪(38)、温度测量仪(31)与压力测量仪(36)分别与数据采集系统(6)相连。
8.如权利要求3所述的深地空间舱，其特征在于，所述深地生物能源研究室(26)设置有屏蔽门(1)，其内部设置有通风系统(20)、X-射线衍射仪(56)、生物分子相互作用系统(57)、细胞工作站(58)、差示扫描热量仪(59)、超高速离心机(60)，还包括有应变监测器(16)、应力监测器(18)、重力测量仪(38)、湿度测量仪(29)以及与湿度测量仪(29)相连接的湿度补偿仪(30)、温度测量仪(31)以及与温度测量仪(31)相连接的温度补偿仪(32)、压力测量仪(36)以及与压力测量仪(36)相连接的压力补偿仪(37)，应变监测器(16)、应力监测器(18)、重力测量仪(38)、湿度测量仪(29)、温度测量仪(31)与压力测量仪(36)分别与数据采集系统(6)相连。
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