CN113235736A - 一种能够原位利用月球资源的月球基地 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种能够原位利用月球资源的月球基地，该月球基地的月球基地载人居住及生命保障系统用于人类居住，月球基地资源原位利用系统为月球基地建造提过氧元素和金属元素，月球基地能源系统用于提供月球基地运行的能源，月球基地热控系统用于控制月球基地载人舱段的温度，月球基地防护系统用于防护月球基地载人舱段。解决如何建造一个适合研究月球的月球基地的技术问题，本发明的载人居住及生命保障系统为宇航员提供居住条件，月球基地资源原位利用系统为月球基地的扩展以及宇航员的消耗提供原位资源，月球基地能源系统提供能量，月球基地热控系统为宇航员提供适宜的居住温度，月球基地防护系统能够防止宇航员受到宇宙辐射的危害。

Description

一种能够原位利用月球资源的月球基地
技术领域
本发明涉及一种能够原位利用月球资源的月球基地，属于月球基地技术领域。
背景技术
月球是距离地球最近的天体，通过建立月球基地可以完成研究地球、太阳系甚至宇宙起源与演化的科学目标；可以寻求在月球丰富的氦-3作为清洁的核能资源，月球上丰富的金属资源可以补充地球的矿产资源；月球上真空低温的环境使得很多无法在地球上开展的研究、实验、加工等都可在月球完成；月球可以成为人类进入深空的跳板，从月球发射大型航天器会比地球容易的多。总而言之，月球基地的建造对拓展人类空间，探索浩瀚的宇宙具有重大的意义。
发明内容
本发明为了解决如何建造一个适合研究月球的月球基地的技术问题，提出一种能够原位利用月球资源的月球基地。
本发明提出一种能够原位利用月球资源的月球基地，包括月球基地载人居住及生命保障系统、月球基地资源原位利用系统、月球基地能源系统、月球基地热控系统和月球基地防护系统，
所述月球基地载人居住及生命保障系统包括月球基地载人舱段，其用于人类居住，
所述月球基地资源原位利用系统为月球基地建造提过氧元素和金属元素，
所述月球基地能源系统用于提供月球基地运行的能源，
所述月球基地热控系统用于控制月球基地载人舱段的温度，
所述月球基地防护系统包括防护层，用于防护月球基地载人舱段。
优选地，所述月球基地载人舱段采用线性构型。
优选地，所述月球基地载人舱段由多个舱段组成，采用模块化结构，且各个舱段保持独立。
优选地，所述月球基地资源原位利用系统包括可移动式采矿车和矿物反应和电解水装置。
优选地，所述月球基地能源系统包括太阳能发电系统和核能发电系统，所述太阳能发电系统和核能发电系统分别提供月昼和月夜时期的能源。
优选地，所述月球基地能源系统还包括燃料电池，燃料电池作为备用能源。
优选地，所述月球基地热控系统包括供冷系统和供热系统。
优选地，所述供冷系统通过热管与地下相连，利用月球地下的低温环境为月球基地载人舱段内供冷。
优选地，所述供热系统包括换热器以及燃料电池，燃料电池供电会产生水以及热量储存在换热器的换热管中，与月球基地载人舱段中产生的热量交换供热。
优选地，所述防护层包括可折叠式月壤砖，所述可折叠式月壤砖为空心砖，所述防护层由填充了月壤的可折叠式月壤砖构成，用以抵御空间辐射。
本发明所述的能够原位利用月球资源的月球基地的有益效果为：
本发明所述的月球基地载人居住及生命保障系统可以为宇航员提供居住条件，月球基地资源原位利用系统可以为月球基地的扩展以及宇航员的消耗提供原位资源，月球基地能源系统提供月球基地日常运行需要的能量，月球基地热控系统为宇航员提供适宜的居住温度，月球基地防护系统能够防止宇航员受到宇宙辐射的危害，提供了完善的能够原位利用月球资源的适合人类居住和研究的月球基地。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为能够原位利用月球资源的月球基地的总体组成示意图；
图2为月球基地热控系统中的供热系统示意图；
图3为月球基地热控系统中的供冷系统示意图；
图4为基地防护系统壁垒砖的结构示意图；
图5为基地防护系统月壤砖的结构示意图；
图6为月球基地载人舱段的侧视图；
其中，1-核能发电装置；2-太阳能发电装置；3-可移动式采矿车；4-月球基地载人舱段；5-矿物反应和电解水装置；6-氢氧储存舱，7-燃料电池，8-换热器，9-热交换器，10-热管，11-防护层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-6说明本实施方式。本实施方式所述的能够原位利用月球资源的月球基地，包括月球基地载人居住及生命保障系统、月球基地资源原位利用系统、月球基地能源系统、月球基地热控系统和月球基地防护系统，
所述月球基地载人居住及生命保障系统包括月球基地载人舱段4，其用于人类居住，
所述月球基地资源原位利用系统为月球基地建造提过氧元素和金属元素，
所述月球基地能源系统用于提供月球基地运行的能源，
所述月球基地热控系统用于控制月球基地载人舱段4的温度，
所述月球基地防护系统包括防护层11，用于防护月球基地载人舱段4。
所述防护层11包括可折叠式月壤砖，所述可折叠式月壤砖为空心转，所述防护层11由填充了月壤的可折叠式月壤砖构成，用以抵御空间辐射。
月球基地载人居住及生命保障系统包括月球基地载人舱段4，其采用模块化建设思路，本体由多个舱段组成，并且各个舱段保持独立，舱段采用线性构型，每个舱段具有不同的功能。优点是扩展性好，可以沿着舱段尾部无限扩展，后期可以根据不同功能的缺失加上不同的舱段弥补前期运输能力有限而导致的功能不足。
月球基地资源原位利用系统为月球基地建造提供氧元素和金属元素，氧元素可以做水，金属元素可以做建筑的原料。其包括可移动式采矿车4和矿物反应和电解水装置5，用氢还原的方式可以把钛铁矿分解成金属资源和水，再通过电解水的方式制氧。电解水装置与矿物反应装置是一体装置组成矿物反应和电解水装置5。
本发明所述的月球基地里最核心的是月球基地载人舱段4，为了保证人居住，因此需要控制好合适的温度，防止宇宙辐射，呼吸氧气，几乎每一步都需要能量，所以要原位利用月球本就有的资源，月球有钛铁矿，里面有金属元素和氧元素，可以用来制水和金属。初期月球基地设备和功能都不多，但是后期肯定会逐渐扩大，所以各种资源都用得上。
月球基地能源系统包括太阳能发电系统2、核能发电系统1和燃料电池，太阳能发电系统2和核能发电系统1分别提供月昼和月夜时期的能源，燃料电池7则作为备用能源。
月球基地热控系统包括供冷系统和供热系统，供冷系统通过热管10与地下相连，利用月球地下的恒温层环境为月球基地内供冷。供热系统包括换热器8以及燃料电池7，燃料电池7供电会产生水以及热量储存在换热管中，与月球基地中产生热量交换供热。优点在于利用了燃料电池7放电产生的热量，高效的利用能量。
月球基地防护系统包括防护层11，所述防护层11利用填充了月壤的可折叠式月壤砖组成，用于阻挡空间辐射，所述可折叠式月壤砖为空心砖，优点在于利用月球的原位资源产生防护，避免从地球上发射耗费大量的资源。
图1显示了月球基地的不同组成部分。核能发电装置2和太阳能发电装置1制造的能量用来维持月球基地的运行，多余的部分用来电解水，氧气和氢气储存在氢氧储存舱6中，作为备用能源储存。可移动式采矿车3在周围采集钛铁矿运输到矿物反应装置进行还原反应，得到金属资源和水。
图2显示了月球基地的热控系统中的制热系统，用能源系统得到的能量电解水得到氢气和氧气组成燃料电池7，氢氧燃料电池发电的时候会产生水和热量，水和热量进入换热器8，换热器8控制进入月球基地的热量，带有热量的水以类似暖气的形式在月球基地中散发热量，控制月球基地中的温度。
图3显示了月球基地的热控系统中的制冷系统，月球的白昼时期会产生高温，所以需要冷控系统维持恒温。在月壤层的一定深度一下会产生恒温层，恒温层保持一定的低温，用热管将地下的低温引入月球基地，热交换器9控制进入舱室的冷度，位置月球基地内适合人类生存的温度。
如图4-5所示的月球基地防护系统，脱离了地球大气层的保护，航天员和设备暴露于各种宇宙辐射中，为了保证航天员的健康和生命安全，必须在月球基地中建造防护系统。考虑到地月运输成本很大，利用月球的原位资源成为了最佳的选择。本发明的可折叠的月壤砖发射时可以层状压缩，占用的体积和质量都很小。月壤砖利用月球表面的月壤填充，填充之后会呈现出砖的形状，包围在居住舱的周围。防护系统利用的方法是质量防护法，带有能量的粒子在闯过一定厚度的质量会损失大部分的能量，以此来抵御宇宙空间辐射的危害。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能够原位利用月球资源的月球基地，其特征在于，包括月球基地载人居住及生命保障系统、月球基地资源原位利用系统、月球基地能源系统、月球基地热控系统和月球基地防护系统，
所述月球基地载人居住及生命保障系统包括月球基地载人舱段(4)，其用于人类居住，
所述月球基地资源原位利用系统为月球基地建造提过氧元素和金属元素，
所述月球基地能源系统用于提供月球基地运行的能源，
所述月球基地热控系统用于控制月球基地载人舱段(4)的温度，
所述月球基地防护系统包括防护层(11)，用于防护月球基地载人舱段(4)。
2.根据权利要求1所述的能够原位利用月球资源的月球基地，其特征在于，所述月球基地载人舱段(4)采用线性构型。
3.根据权利要求2所述的能够原位利用月球资源的月球基地，其特征在于，所述月球基地载人舱段(4)由多个舱段组成，采用模块化结构，且各个舱段保持独立。
4.根据权利要求1所述的能够原位利用月球资源的月球基地，其特征在于，所述月球基地资源原位利用系统包括可移动式采矿车(3)和矿物反应和电解水装置(5)。
5.根据权利要求1所述的能够原位利用月球资源的月球基地，其特征在于，所述月球基地能源系统包括太阳能发电系统(2)和核能发电系统(1)，所述太阳能发电系统(2)和核能发电系统(1)分别提供月昼和月夜时期的能源。
6.根据权利要求1所述的能够原位利用月球资源的月球基地，其特征在于，所述月球基地能源系统还包括燃料电池(7)，燃料电池(7)作为备用能源。
7.根据权利要求1所述的能够原位利用月球资源的月球基地，其特征在于，所述月球基地热控系统包括供冷系统和供热系统。
8.根据权利要求6所述的能够原位利用月球资源的月球基地，其特征在于，所述供冷系统通过热管(10)与地下相连，利用月球地下的低温环境为月球基地载人舱段(4)内供冷。
9.根据权利要求6所述的能够原位利用月球资源的月球基地，其特征在于，所述供热系统包括换热器(8)以及燃料电池(7)，燃料电池(7)供电会产生水以及热量储存在换热器(8)的换热管中，与月球基地载人舱段(4)中产生的热量交换供热。
10.根据权利要求1所述的能够原位利用月球资源的月球基地，其特征在于，所述防护层(11)包括可折叠式月壤砖，所述可折叠式月壤砖为空心砖，所述防护层(11)由填充了月壤的可折叠式月壤砖构成，用以抵御空间辐射。
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