CN107290296B - 火星环境模拟实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种火星环境模拟实验装置及实验方法，所述实验装置包括：真空舱体，用于提供真空环境；与所述真空舱体连接的真空控制单元，用于使真空舱体内形成真空环境；湿度控制单元，包括温控加热器、放置于所述温控加热器上的密闭容器以及与所述密闭容器连通的气体配置件，所述密闭容器内盛放有去离子水，所述气体配置件与所述真空舱体连通；与所述气体配置件连通的供气单元，用于提供火星大气。本发明能够真实模拟火星表面环境气氛、湿度、压力、温度和紫外辐照条件，并同时实现对上述火星表面环境湿度、压力、温度以及紫外辐照的精确调控，也可以实现对火星表面电场环境的模拟，为火星环境相关研究提供了综合实验平台，应用范围广。
Description
技术领域
本发明属于行星与空间环境模拟技术领域，具体地说，本发明涉及一种火星环境模拟实验装置及实验方法，用于模拟火星表面环境条件，适用于建立模拟样品在火星环境下的光谱库、探索火星生命痕迹、分析样品在火星环境下的稳定性及火星探测载荷的定标等。
背景技术
深空探测将是人类进行空间资源开发与利用、空间科学与技术创新的重要途径。火星作为与地球最近似的天体之一，已经成为深空探测的一个重要目标。由于火星和地球的环境不同，需要对其环境特性开展研究工作，主要涉及火星表面大气成分、压力、温度、湿度、紫外辐射、电场等环境参数的探测和模拟研究。火星大气(含有：CO2，95.5％；N2，2.7％；Ar，1.6％；其他微量气体等)以CO2为主，比地球稀薄，因此，火星表面压强远比地球压强小(平均为600Pa-1000Pa)；火星表面年平均温度低至-63℃(好奇号(赤道附近)观测最高温度为2℃，最低温度为-75℃；凤凰号(极区)观测最高温度为-19.6℃，最低温度为-97.7℃)；此外，火星大气十分干燥，但火星表面相对湿度在昼夜间存在一定变化(好奇号观测到一天内最低相对湿度<<2％(日间)，最高为50％(凌晨))。
目前，国内外火星环境模拟主要集中在气压和温度等基本环境参数的调节和控制上，设计者根据不同的研究对象，为火星环境模拟装置设定了不同气压和温度工作范围。公开号为CN 105854960 A的中国发明专利申请公开了一种火星温度和压力环境的地面模拟实验系统，包括环境模拟容器、内置容器、压力控制系统和温度控制系统，其中，内置容器设置在环境容器内，环境容器采用液氮热沉结构；压力控制系统用于控制内置容器的压力，温度控制系统用于控制内置容器的温度。内置容器温度在可控在160K-170K之间，压力可控在600Pa-1000Pa之间。该发明专利申请还公开了一种地面模拟试验方法。该发明专利申请可以实现火星温度、压力的地面等效模拟。
由于现有火星环境模拟装置不能实现火星中低纬度温度的模拟和精确的湿度控制，而模拟火星样品的热动力学实验、火星生命研究、火星探测有效载荷定标实验等火星相关研究均需要模拟火星表面真实温度、火星表面紫外辐射环境和严格的湿度控制。此外，火星表面可能存在放电现象，该现象可能会影响就位探测数据的质量、火星车电子设备和火星表面矿物的演化等。因此，需要一种火星环境模拟实验装置，能够对火星表面气氛、压力、湿度、温度、紫外辐射和电场等环境条件进行模拟和调控，对火星特定矿物/盐类与水的相互作用、火星生命痕迹探索、火星探测载荷定标等研究具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷和不足，提供了一种火星环境模拟实验装置及实验方法，用于模拟火星表面气氛、压力、温度、湿度、紫外辐射、电场等环境条件。
为了达到上述目的，本发明提供了一种火星环境模拟实验装置，包括：
真空舱体，用于提供真空环境；
与所述真空舱体连接的真空控制单元，用于使真空舱体内形成真空环境；
湿度控制单元，包括温控加热器、放置于所述温控加热器上的密闭容器以及与所述密闭容器连通的气体配置件，所述密闭容器内盛放有去离子水，所述气体配置件与所述真空舱体连通；
与所述气体配置件连通的第一供气单元，用于提供火星大气。
进一步的，还包括压力控制单元，所述压力控制单元包括气体流量计以及与所述气体流量计连接压力控制器，所述气体流量计设于连通所述第一供气单元与所述气体配置件连通的密封管路上；所述压力控制器与所述真空控制单元的真空泵电连接。
优选的，所述真空控制单元包括真空泵和与所述真空舱体连接的真空计，所述真空泵通过密封管路与所述真空舱体连通。
进一步的，还包括温度控制单元，所述温度控制单元包括放置于所述真空舱体内的冷热台，以及分别放置于所述真空舱体外的温度控制器、液体泵和杜瓦瓶，所述温度控制器与所述液体泵电连接，所述液体泵分别通过密封管路与所述杜瓦瓶和设置于所述冷热台内的冷却件连通，所述冷热台上设有与所述温度控制器连接温度传感器；所述冷热台上设有旋转样品台，所述旋转样品台在所述冷热台上水平360°旋转。
进一步的，所述真空舱体还连接有温湿度计，用于测量真空舱体内的温度和湿度。
进一步的，还包括用于提供火星表面紫外辐射条件的紫外辐照光源，所述紫外辐照光源安装于所述真空舱体的透明真空视窗上。
进一步的，还包括用于提供火星表面电场环境的电场控制单元，所述电场控制单元包括放置于真空舱体内的电动平移台和平行板电容，以及放置于真空舱体外的电压控制单元，所述电压控制单元包括电压发生器、变压器和电动平移台控制器。
进一步的，还包括与所述密闭容器连通的第二供气单元，所述第二供气单元与密闭容器之间的设有气体流量计，所述气体流量计设于连通所述第二供气单元与所述气体配置件连通的密封管路上。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种火星环境模拟实验方法，采用上述火星环境模拟实验装置，其具体实验步骤如下：
检测火星环境模拟实验装置并调试其至正常工作状态；
启动真空泵，将真空舱体调至真空环境；
通过第一供气单元配置火星表面气体，根据需求通过温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，通过气体配置件控制水蒸气与配置的火星大气混合比例获得不同湿度火星表面气体；
向真空舱体内通入湿度火星表面气体，调节气体配置件出口的阀门开关程度和气体流量计，控制湿度火星表面气体的流量，使真空舱体内的压力达到火星表面气体压力；
启动冷热台，温度控制器根据温度传感器设置的目标温度控制加热元件或通过液体泵由杜瓦瓶流入冷却件的液体流量，使真空舱体内的温度达到设定的工作温度；
火星环境气氛、湿度、压力、温度的模拟完成。
为了达到上述目的，本发明又提供了一种火星环境模拟实验方法，采用上述火星环境模拟实验装置，其具体实验步骤如下：
检测火星环境模拟实验装置并调试其至正常工作状态；
启动真空泵，将真空舱体调至真空环境；
通过第一供气单元配置火星表面气体，根据需求通过温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，通过气体配置件控制水蒸气与配置的火星大气混合比例获得不同湿度火星表面气体；
向真空舱体内通入湿度火星表面气体，调节气体配置件出口的阀门开关程度和气体流量计，控制湿度火星表面气体的流量，使真空舱体内的压力达到火星表面气体压力；
启动冷热台，温度控制器根据温度传感器设置的目标温度控制加热元件或通过液体泵由杜瓦瓶流入冷却件的液体流量，使真空舱体内的温度达到设定的工作温度；
启动并调节紫外辐照光源，模拟火星表面紫外辐射环境；
火星环境气氛、压力、湿度、温度、紫外辐射的模拟完成。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种火星环境模拟实验方法，采用上述火星环境模拟实验装置，其具体实验步骤如下：
检测火星环境模拟实验装置并调试其至正常工作状态；
启动真空泵，将真空舱体调至真空环境；
通过第一供气单元配置火星表面气体，根据需求通过温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，通过气体配置件控制水蒸气与配置的火星大气混合比例获得不同湿度火星表面气体；
向真空舱体内通入湿度火星表面气体，调节气体配置件出口的阀门开关程度和气体流量计，控制湿度火星表面气体的流量，使真空舱体内的压力达到火星表面气体压力；
启动并调节紫外辐照光源，模拟火星表面紫外辐射环境；
启动电压发生器，并调节变压器调节平行板电容间的电场；
火星环境气氛、压力、湿度、紫外辐射、电场环境的模拟完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供的火星环境模拟实验装置设有湿度控制单元和供气单元，能够真实模拟火星表面环境气氛和湿度，并实现对湿度的精确调控，对火星特定矿物/盐类与水的相互作用、生命痕迹、火星探测有效载荷定标等研究具有重要意义。
(2)本发明提供的火星环境模拟实验装置还设有温度控制单元，包括冷热台和温度控制器，通过冷热台能够真实模拟火星表面环境温度，并通过温度控制器实现对温度的精确调控。
(3)本发明提供的火星环境模拟实验装置还设有压力控制单元，包括气体流量计和压力控制器，通过压力控制器和气体流量计实现对火星表面环境气氛和压力的调控。本发明能够同时实现火星表面环境气氛、湿度和温度的真实模拟以及对气氛、湿度和温度的精确调控。
(4)本发明提供的火星环境模拟实验装置还设有紫外辐照光源，还能够实现火星表面环境紫外辐照的模拟。
(5)本发明提供的火星环境模拟实验装置还设有电场控制单元，还能够实现火星表面电场环境的模拟。
(6)本发明提供的火星环境模拟实验装置在冷热台上设置旋转样品台，能够在火星表面环境包括气氛、湿度、温度、压力、紫外辐射下同时研究多个样品，节约实验时间，提高实验效率。
(7)本发明提供的火星环境模拟实验装置及方法为火星环境相关实验提供了综合实验平台，可用于火星样品原位光谱测试、火星遥感光谱解译、模拟火星样品的热动力学实验、火星生命痕迹探索、火星探测有效载荷定标实验等，应用范围广。
(8)本发明提供的火星环境模拟实验装置及方法模拟的火星表面环境参数连续可调，能够实现火星环境昼夜变化和季节性变化的模拟，为其他天体(如金星、土卫六等)的环境模拟设备的搭建提供技术积累和重要参考。
附图说明
附图1为本发明一实施例中火星环境模拟实验装置的结构图。
附图2为本发明另一实施例中火星环境模拟实验装置的结构图
附图3-5为本发明实施例火星环境模拟实验方法的流程图。
图中，1、真空舱体，10、气源钢瓶，101、第一气源钢瓶，102、第二气源钢瓶，11、透明真空视窗，21、温控加热器、22、密闭容器，23、气体配置件，31、冷热台，32、温度控制器，33、液体泵，34、杜瓦瓶，35、温度传感器，36、旋转样品台，37、导管，41、气体流量计，411、第一气体流量计，412、第二气体流量计，42、压力控制器，51、真空泵，52、真空计，6、紫外辐照光源，7、温湿度计，71、电动平移台，72、平行板电容，73，电压控制单元，81、第一真空法兰，82、第二真空法兰，83、第三真空法兰，84、第四真空法兰，85、第五真空法兰，86、第六真空法兰。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在进行火星环境研究过程中，研究火星特定对象，如模拟火星样品的热动力学实验、火星生命研究、火星探测有效载荷定标实验等需要实现火星表面温度、湿度、紫外辐射、电场环境等的模拟和调控，且火星载荷的定标工作需要严格模拟火星表面真实温度。现有火星环境模拟装置均未实现火星表面环境湿度和真实温度的模拟以及精确控制。
为了解决火星表面环境湿度和真实温度的模拟及精确控制，本发明提供了一种火星环境模拟实验装置，包括真空舱体、真空控制单元、湿度控制单元和供气单元，能够实现对火星表面湿度和真实温度的模拟及精确控制。
参见图1，本发明提供的一种火星环境模拟实验装置，包括：
真空舱体1，用于提供真空环境；
与所述真空舱体1连接的真空控制单元，用于使所述真空舱体1内形成真空环境；
湿度控制单元，包括温控加热器21、放置于所述温控加热器21上的密闭容器22以及与所述密闭容器22连通的气体配置件23，所述密闭容器22内盛放有去离子水，所述气体配置件23与所述真空舱体1连通；
与所述气体配置件23连通的第一供气单元，用于提供火星大气。
上述火星环境模拟实验装置，通过第一供气单元提供火星大气，通过温控加热器21对密闭容器22中的去离子水进行加热形成水蒸气，水蒸气与第一供气单元提供的火星大气经气体配置件23混合形成湿度火星表面气体，传输至真空舱体1内，实现火星表面环境气氛和湿度的模拟。同时，通过温控加热器21控制水蒸气的产生量进行湿度的调节。
继续参见图1，作为优选，气体配置件23通过密封管路与真空舱体1连通，为了保证气氛和湿度模拟时真空舱体的密封状态，连通气体配置件23与真空舱体1的密封管路通过安装于所述真空舱体1上的第一真空法兰81与真空舱体1连通。
由于火星表面环境不仅包括湿度，还包括温度，为了能够实现对火星表面环境温度的模拟及调控，对上述火星环境模拟实验装置进一步设计，继续参见图1，上述火星环境模拟实验装置还包括温度控制单元，所述温度控制单元包括放置于所述真空舱体1内的冷热台31，以及分别放置于所述真空舱体1外的温度控制器32、液体泵33和杜瓦瓶34，所述温度控制器32与所述液体泵33电连接，所述液体泵33分别通过密封管路与所述杜瓦瓶34和设置于所述冷热台31内的冷却件连通，所述冷热台31上设有与所述温度控制器32连接温度传感器35。液体泵将杜瓦瓶中的液体经由密封管路输入冷热台，从而控制冷热台的温度，并通过温度传感器实时进行测量冷热台的温度，反馈给温度控制器，通过温度控制器控制液体泵中液体的流量实现降温控制。作为优选设计，所述杜瓦瓶中盛放的液体为液氮，还可以为液氩、液氦等，所述冷热台31内的冷却件为均匀分布的导管37。进一步优选，所述温度控制器32还与设置在冷热台31内均匀分布的加热元件连接，通过温度控制器32控制加热元件来实现升温控制，作为优选，所述加热元件为加热丝或热电阻。继续参见图1，进一步优选，为了保证，模拟温度时真空舱体的密封状态，连接所述液体泵33与所述冷热台31内冷却件的密封管路和连接所述温度控制器32与所述温度传感器35的控制线均通过安装于所述真空舱体1上的第二真空法兰82与所述真空舱体1连接。在进行火星环境模拟时，该实验装置能够同时完成火星表面环境气氛、湿度和温度的模拟，进一步真实模拟火星环境。
继续参见图1，对上述火星环境模拟实验装置进一步设计，所述冷热台31上设有旋转样品台36，所述旋转样品台36在所述冷热台31上水平360°旋转。在模拟火星环境下进行火星样品原位光谱测试、火星遥感光谱揭示、模拟火星样品的热动力学实验、火星探测有效载荷定标实验等时，用于更换样品，可以顺序更换，也可以逆序更换，可以在相同火星环境下研究多个样品，节约实验时间，提高实验效率。
继续参见图1，对上述火星环境模拟实验装置进一步设计，还包括压力控制单元，所述压力控制单元包括气体流量计41以及与所述气体流量计41连接压力控制器42，所述气体流量计41设于连通所述第一供气单元与所述气体配置件23的密封管路上。该实验装置通过压力控制器42和气体流量计41控制气体的流速，从而实现真空舱体1内模拟火星大气的加压控制。继续参见图1，作为优选设计，所述压力控制器42与所述真空控制单元的真空泵51电连接，压力控制器42和真空泵51共同作用，控制进入和抽出真空舱体1内气体的流量，从而实现对真空舱体1内压力的精确调控。
继续参见图1，作为上述火星环境模拟实验装置的优选设计，所述真空控制单元包括真空泵51和与所述真空舱体1连接的真空计52，所述真空泵51通过密封管路与所述真空舱体1连通。通过真空泵51对真空舱体1进行抽真空，并通过真空计52测量真空舱体1内的真空度，在进行火星环境模拟实验时，根据实验需要，通过测量的真空度和真空泵51调节真空舱体1内的真空度，以便达到实验要求。继续参见图1，作为优选设计，为了保证真空舱体的密封状态，连通所述真空泵51与所述真空舱体1的密封管路通过安装于所述真空舱体1上的第三真空法兰83与所述真空舱体1连通，所述真空计52通过安装于所述真空舱体1的第四真空法兰84与所述真空舱体1连接。
继续参见图1，对上述火星环境模拟实验装置进一步设计，所述真空舱体1还连接有温湿度计7，用于测量真空舱体内的温度和湿度，根据测量的温度和湿度以及实验要求对真空舱体内的温度和湿度进行调节。作为优选设计，继续参见图1，为了保证测量温度和湿度时所述真空舱体1的密封状态，所述温湿度计7通过安装于所述真空舱体1上的第五真空法兰85与所述真空舱体1连接。
继续参见图1，对上述火星环境模拟实验装置进一步设计，上述火星环境模拟实验装置还包括用于提供火星表面紫外辐射条件的紫外辐照光源6，所述紫外辐照光源6安装于所述真空舱体1的透明真空视窗11上。紫外辐照光源6提供火星表面紫外辐射条件，通过调节紫外辐照光源6的光照强度实现紫外辐射剂量的调节，模拟火星表面紫外辐照条件。
继续参见图1，对上述火星环境模拟实验装置进一步设计，还包括电场控制单元，所述电场控制单元包括放置于真空舱体1内的电动平移台71和平行板电容72，以及放置于真空舱体1外的电压控制单元73。所述平行板电容72安装在电动平移台71上，与电压控制单元通过安装与所述真空舱体1的第六真空法兰86电连接。通过调节电压控制单元73的变压器和电动平移台71，改变平行板电容72的电场强度，模拟火星表面电场环境，使本发明实验装置模拟的火星环境更加真实。
继续参见图1，作为上述火星环境模拟实验装置的优选设计，所述的第一供气单元为包括气源和盛放气源的气源钢瓶10。
参见图2，作为上述火星环境模拟实验装置的另一优选设计，所述的火星环境模拟实验装置不仅包括与所述气体配置件23连通的第一供气单元，用于提供火星大气，还包括与所述密闭容器22连通的第二供气单元。所述第一供气单元包括气源和盛放气源的第一气源钢瓶101，连通所述第一气源钢瓶101与所述气体配置件23的密封管路上设有第一气体流量计411；所述第二供气单元包括气源和盛放气源的第二气源钢瓶102，连通所述第二气源钢瓶102与所述密闭容器22的密封管路上设有第二气体流量计412。
温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，但该方案产生水蒸气的量很少，且湿度不易调节，不满足火星大气环境湿度控制的要求。因此，为了使湿度参数可控，使模拟火星大气的湿度条件更加真实，利用通过第二供气单元向密闭容器内的去离子水中充入气体的方式获取更高的湿度，然后与第一供气单元提供的干燥火星大气混合，通过气体配置件控制水蒸气与配置的火星大气混合比例获得不同湿度火星表面气体。
本发明上述火星环境模拟装置，一方面能够真实模拟火星表面环境气氛、湿度、压力、温度、紫外辐射和电场等条件，另一方面可以为火星环境相关实验提供综合实验平台，用于火星样品原位光谱测试、火星遥感光谱解译、模拟火星样品的热动力学实验、火星生命研究、火星探测有效载荷定标实验等，应用范围广。
参见图3，本发明提供了一种火星环境模拟实验方法，采用上述火星环境模拟实验装置，其具体实验步骤如下：
步骤一：检测火星环境模拟实验装置并调试其至正常工作状态；
步骤二：启动真空泵，将真空舱体调至真空环境；
步骤三：通过第一供气单元配置火星表面气体，根据需求通过温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，通过气体配置件控制水蒸气与配置的火星大气混合比例获得不同湿度火星表面气体；
步骤四：向真空舱体内通入湿度火星表面气体，调节气体配置件出口的阀门开关程度和气体流量计，控制湿度火星表面气体的流量，使真空舱体内的压力达到火星表面气体压力；
步骤五：启动冷热台，温度控制器根据温度传感器设置的目标温度控制加热元件或通过液体泵由杜瓦瓶流入冷却件的液体流量，使真空舱体内的温度达到设定的工作温度；
步骤六：火星环境气氛湿度、压力、温度的模拟完成。
上述步骤四和步骤五可以互换，不影响火星模拟实现。
在上述步骤三中，温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，但该方案产生水蒸气的量很少，且湿度不易调节，不满足火星大气环境湿度的要求。为了获取更高的可控湿度条件，在所述步骤三中，同时通过第二供气单元向密闭容器内的去离子水中充入气体，由充入的气体获取更多的水蒸气，并与第一供气单元的干燥气体混合，可通过调节混合比例控制混合气体的湿度，使模拟的火星表面湿度环境更加真实。
上述实验方法能够完成火星表面环境气氛、湿度、压力、温度的模拟和精确控制，实现真实火星表面环境模拟，能够实现火星环境昼夜变化和季节性变化的模拟，为其他天体(如金星、土卫六等)的环境模拟设备的搭建提供技术积累和重要参考。
参见图3，本发明又提供了一种火星环境模拟实验方法，采用上述火星环境模拟实验装置，其具体实验步骤如下：
步骤一：检测火星环境模拟实验装置并调试其至正常工作状态；
步骤二：启动真空泵，将真空舱体调至真空环境；
步骤三：通过第一供气单元配置火星表面气体，根据需求通过温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，通过气体配置件控制水蒸气与配置的火星大气混合比例获得不同湿度火星表面气体；
步骤四：向真空舱体内通入湿度火星表面气体，调节气体配置件出口的阀门开关程度和气体流量计，控制湿度火星表面气体的流量，使真空舱体内的压力达到火星表面气体压力；
步骤五：启动冷热台，温度控制器根据温度传感器设置的目标温度控制加热元件或通过液体泵由杜瓦瓶流入冷却件的液体流量，使真空舱体内的温度达到设定的工作温度；
步骤六：启动并调节紫外辐照光源，模拟火星表面紫外辐射环境；
步骤七：火星环境气氛、湿度、压力、温度、紫外辐射的模拟完成。
上述步骤四、步骤五和步骤六可以任意互换，不影响火星模拟实现。
在上述步骤三中，温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，但该方案产生水蒸气的量很少，且湿度不易调节，不满足火星大气环境湿度的要求。为了获取更高的可控湿度条件，在所述步骤三中，同时通过第二供气单元向密闭容器内的去离子水中充入气体，由充入的气体获取更多的水蒸气，并与第一供气单元的干燥气体混合，可通过调节混合比例控制混合气体的湿度，使模拟的火星表面湿度环境更加真实。
上述实验方法能够完成火星表面环境气氛、湿度、压力、温度以及紫外辐射环境的模拟和精确控制，进一步实现真实的火星表面环境模拟。
参见图4，本发明还提供了一种火星环境模拟实验方法，采用上述火星环境模拟实验装置，其具体实验步骤如下：
步骤一：检测火星环境模拟实验装置并调试其至正常工作状态；
步骤二：启动真空泵，将真空舱体调至真空环境；
步骤三：通过第一供气单元配置火星表面气体，根据需求通过温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，通过气体配置件控制水蒸气与配置的火星大气混合比例获得不同湿度火星表面气体；
步骤四：向真空舱体内通入湿度火星表面气体，调节气体配置件出口的阀门开关程度和气体流量计，控制湿度火星表面气体的流量，使真空舱体内的压力达到火星表面气体压力；
步骤五：启动并调节紫外辐照光源，模拟火星表面紫外辐射环境；
步骤六：启动电压发生器，并调节变压器调节平行板电容间的电场。
步骤七：火星环境气氛、湿度、压力、紫外辐射、电场的模拟完成。
上述步骤四、步骤五和步骤六可以任意互换，不影响火星模拟实现。
在上述步骤三中，温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，但该方案产生水蒸气的量很少，且湿度不易调节，不满足火星大气环境湿度的要求。为了获取更高的可控湿度条件，在所述步骤三中，同时通过第二供气单元向密闭容器内的去离子水中充入气体，由充入的气体获取更多的水蒸气，并与第一供气单元的干燥气体混合，可通过调节混合比例控制混合气体的湿度，使模拟的火星表面湿度环境更加真实。
上述实验方法能够完成火星表面环境气氛、湿度、压力、紫外辐射以及电场环境的模拟和精确控制，实现真实的火星表面环境模拟。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种火星环境模拟实验装置，其特征在于，包括：
真空舱体，用于提供真空环境；
与所述真空舱体连接的真空控制单元，用于使真空舱体内形成真空环境；
湿度控制单元，包括温控加热器、放置于所述温控加热器上的密闭容器以及与所述密闭容器连通的气体配置件，所述密闭容器内盛放有去离子水，所述气体配置件与所述真空舱体连通；
与所述气体配置件连通的第一供气单元，用于提供火星大气；
还包括与所述密闭容器连通的第二供气单元；
所述第一供气单元包括气源和盛放气源的第一气源钢瓶，连通所述第一气源钢瓶与所述气体配置件的密封管路上设有第一气体流量计；所述第二供气单元包括气源和盛放气源的第二气源钢瓶，连通所述第二气源钢瓶与所述密闭容器的密封管路上设有第二气体流量计，并且连通所述第二气源钢瓶与所述密闭容器的密封管路的一端伸入所述密闭容器内去离子水的液面以下；
还包括温度控制单元，所述温度控制单元包括放置于所述真空舱体内的冷热台，以及分别放置于所述真空舱体外的温度控制器、液体泵和杜瓦瓶，所述温度控制器与所述液体泵电连接，所述液体泵分别通过密封管路与所述杜瓦瓶和设置于所述冷热台内的冷却件连通，所述冷热台上设有与所述温度控制器连接温度传感器；所述冷热台上设有旋转样品台，所述旋转样品台在所述冷热台上水平360°旋转；
还包括压力控制单元，所述压力控制单元包括气体流量计以及与所述气体流量计连接压力控制器，所述气体流量计设于连通所述第一供气单元与所述气体配置件的密封管路上所述压力控制器与所述真空控制单元的真空泵电连接；
所述真空控制单元包括真空泵和与所述真空舱体连接的真空计，所述真空泵通过密封管路与所述真空舱体连通；
所述真空舱体还连接有温湿度计，用于测量真空舱体内的温度和湿度；
还包括用于提供火星表面电场环境的电场控制单元，所述电场控制单元包括放置于真空舱体内的电动平移台和平行板电容，以及放置于真空舱体外的电压控制单元，所述电压控制单元包括电压发生器、变压器和电动平移台控制器；
还包括用于提供火星表面紫外辐射条件的紫外辐照光源，所述紫外辐照光源安装于所述真空舱体的透明真空视窗上。
2.一种火星环境模拟实验方法，采用如权利要求1所述的火星环境模拟实验装置，其特征在于，其具体实验步骤如下：检测火星环境模拟实验装置并调试其至正常工作状态；
启动真空泵，将真空舱体调至真空环境；
通过第一供气单元配置火星表面气体，根据需求通过温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，通过气体配置件控制水蒸气与配置的火星大气混合比例获得不同湿度火星表面气体；
向真空舱体内通入湿度火星表面气体，调节气体配置件出口的阀门开关程度和气体流量计，控制湿度火星表面气体的流量，使真空舱体内的压力达到火星表面气体压力；
启动冷热台，温度控制器根据温度传感器设置的目标温度控制加热元件或通过液体泵由杜瓦瓶流入冷却件的液体流量，使真空舱体内的温度达到设定的工作温度；
火星环境气氛、湿度、压力、温度的模拟完成。
3.一种火星环境模拟实验方法，采用如权利要求1所述的火星环境模拟实验装置，其特征在于，其具体实验步骤如下：检测火星环境模拟实验装置并调试其至正常工作状态；
启动真空泵，将真空舱体调至真空环境；
通过第一供气单元配置火星表面气体，根据需求通过温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，通过气体配置件控制水蒸气与配置的火星大气混合比例获得不同湿度火星表面气体；
向真空舱体内通入湿度火星表面气体，调节气体配置件出口的阀门开关程度和气体流量计，控制湿度火星表面气体的流量，使真空舱体内的压力达到火星表面气体压力；
启动冷热台，温度控制器根据温度传感器设置的目标温度控制加热元件或通过液体泵由杜瓦瓶流入冷却件的液体流量，使真空舱体内的温度达到设定的工作温度；
启动并调节紫外辐照光源，模拟火星表面紫外辐射环境；
火星环境气氛、压力、湿度、温度、紫外辐射的模拟完成。
4.一种火星环境模拟实验方法，采用如权利要求1所述的火星环境模拟实验装置，其特征在于，其具体实验步骤如下：检测火星环境模拟实验装置并调试其至正常工作状态；
启动真空泵，将真空舱体调至真空环境；
通过第一供气单元配置火星表面气体，根据需求通过温控加热器加热密封容器内的去离子水，控制去离子水的温度获得水蒸气，通过气体配置件控制水蒸气与配置的火星大气混合比例获得不同湿度火星表面气体；
向真空舱体内通入湿度火星表面气体，调节气体配置件出口的阀门开关程度和气体流量计，控制湿度火星表面气体的流量，使真空舱体内的压力达到火星表面气体压力；
启动并调节紫外辐照光源，模拟火星表面紫外辐射环境；
启动电压发生器，并调节变压器调节平行板电容间的电场；
火星环境气氛、压力、湿度、紫外辐射、电场环境的模拟完成。
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