CN113443178B - 一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统 - Google Patents

一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,属于空间环境模拟技术领域。提供了一种用于模拟月球真空、低温、电子辐照、紫外辐照、X射线辐照、微米/亚微米级带电粉尘等月表多因素综合环境效应试验的真空容器。它包括它包括真空容器、钢平台、样品台、操作平台、罐外车、月尘槽和月壤槽,所述真空容器包括主舱、过渡舱、底部平台、原位副舱和通道,所述主舱的侧壁上开设有通道,所述通道上开设有大门机构,实现通道的开闭,所述主舱上侧面设置有过渡舱,通过过渡舱与其他设备相连,所述主舱上设置有原位副舱,所述原位副舱位于月尘舱直筒段上。它主要用于模拟月球表面综合环境。

Description

一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统
技术领域
本发明属于空间环境模拟技术领域,特别是涉及一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统。
背景技术
月球表面综合环境模拟需要考虑多角度和多因素,月球环境具有真空、高低温、电子辐照、紫外线辐照、X射线辐照、带电粉尘、月壤水冰等特点,当模拟这些参量时,需要一个真空容器去协调这些模拟量的模拟位置以及作用顺序。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题,提出一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,它包括真空容器、钢平台、样品台、操作平台、罐外车、月尘槽和月壤槽,所述真空容器包括主舱、过渡舱、底部平台、原位副舱和通道,所述主舱的侧壁上开设有通道,所述通道上开设有大门机构,实现通道的开闭,所述主舱上侧面设置有过渡舱,通过过渡舱与其他设备相连,所述主舱上设置有原位副舱,所述原位副舱位于月尘舱直筒段上,所述原位副舱内设置有支撑平台,所述主舱的内部设置有底部平台,所述底部平台上设置有两根第一导轨,所述操作平台与两根第一导轨滑动连接,所述操作平台上放置样品台,所述样品台包括四个转台,转台之间通过丝杠相连,转台正中间设置有中间换向器,所述中间换向器通过联轴器与电机相连,所述中间换向器通过联轴器连接两侧换向器,所述两侧换向器与丝杠相连,所述罐外车为用框架式结构,通过方钢管焊接形成,所述框架式结构上方铺设有两个第二导轨,所述第二导轨与第一导轨对接,所述钢平台设置在真空容器外侧,所述月尘槽内盛放月尘模拟样品,所述月尘槽放置在样品台上,所述月壤槽内盛放月壤模拟样品,所述月壤槽放置在操作平台上。
更进一步的,所述主舱外圈焊有材料为碳钢的工字截面的加强筋圈,所述主舱内设置有热沉安装吊点,所述主舱设置有为碳钢的支腿进行支撑,所述支腿沉于地下。
更进一步的,所述大门机构由电动驱动,向右侧旋转打开,大门机构采用氟橡胶圈密封,气动夹具预压紧,所述大门机构上设置有传感器,传感器用于检测大门开关状态。
更进一步的,所述原位副舱上设置有舱门,舱门包括碟形封头和法兰,手动向右侧旋转打开,由铰链来实现大门的旋转,采用氟橡胶圈密封,通过手动夹具预压紧,手动夹具共4个,均匀分布在舱门上。
更进一步的,所述底部平台为边长1200mm的正六边形结构,所述底部平台通过工字型不锈钢焊接形成。
更进一步的,所述底部平台上安装有可拆卸的人行防滑踏板。
更进一步的,所述第一导轨长4000mm,从通道延伸至主舱内,两根第一导轨的中心间距为1000mm,所述第一导轨具有限位功能。
更进一步的,所述罐外车设置有四个高度可调节的支腿,所述罐外车上设置有扶手,所述第二导轨在扶手方向具有限位功能。
更进一步的,所述钢平台为四层结构,每层结构之间设置有楼梯、护栏和扶手,所述四层结构额第一层为地面,第二层距离地面1500mm,第三层距离第二层2600mm,第四层距离第三层2540mm。
更进一步的,所述真空容器沿高度方向由下至上依次开设有第一圈接口、第二圈接口、第三圈接口和第四圈接口,每圈接口均包括多个接口结构。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明提供了一种用于模拟月球真空、低温、电子辐照、紫外辐照、X射线辐照、微米/亚微米级带电粉尘等月表多因素综合环境效应试验的真空容器。并且能够为相关环境源(如电子加速器、紫外源、X射线源、月尘源等)、原位测试仪器(如粒子成像仪PIV、中速相机、光学显微镜、石英晶体微天平QCM、表面电位仪、法拉第杯、积分球等)等提供接口。
附图说明
图1为本发明所述的一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统结构示意图;
图2为本发明所述的真空容器结构示意图;
图3为本发明所述的铰链结构示意图;
图4为本发明所述的手动夹具结构示意图;
图5为本发明所述的支撑平台结构示意图;
图6为本发明所述的底部平台与第一导轨结构示意图;
图7为本发明所述的样品台结构示意图;
图8为本发明所述的操作平台结构示意图;
图9为本发明所述的罐外车结构示意图;
图10为本发明所述的钢平台结构示意图;
图11为本发明所述的月尘槽结构示意图;
图12为本发明所述的月壤槽结构示意图;
图13为本发明所述的真空容器接口方位定义图;
图14为本发明所述的真空容器接口位置侧视结构示意图;
图15为本发明所述的真空容器接口位置主视结构示意图。
1-真空容器,2-钢平台,3-样品台,4-操作平台,5-罐外车,6-主舱,7-过渡舱,8-底部平台,9-原位副舱,10-通道,11-地面,12-第一圈接口,13-第二圈接口,14-第三圈接口,15-第四圈接口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。
参见图1-15说明本实施方式,一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,它包括真空容器1、钢平台2、样品台3、操作平台4、罐外车5、月尘槽和月壤槽,所述真空容器1包括主舱6、过渡舱7、底部平台8、原位副舱9和通道10,所述主舱6的侧壁上开设有通道10,所述通道10上开设有大门机构,实现通道10的开闭,所述主舱6上侧面设置有过渡舱7,通过过渡舱7与其他设备相连,所述主舱6上设置有原位副舱9,所述原位副舱9位于月尘舱直筒段上,所述原位副舱9内设置有支撑平台,所述主舱6的内部设置有底部平台8,所述底部平台8上设置有两根第一导轨,所述操作平台4与两根第一导轨滑动连接,所述操作平台4上放置样品台3,所述样品台3包括四个转台,转台之间通过丝杠相连,转台正中间设置有中间换向器,所述中间换向器通过联轴器与电机相连,所述中间换向器通过联轴器连接两侧换向器,所述两侧换向器与丝杠相连,所述罐外车5为用框架式结构,通过方钢管焊接形成,所述框架式结构上方铺设有两个第二导轨,所述第二导轨与第一导轨对接,所述钢平台2设置在真空容器1外侧,所述月尘槽内盛放月尘模拟样品,所述月尘槽放置在样品台3上,所述月壤槽内盛放月壤模拟样品,所述月壤槽放置在操作平台4上。
本实施例主舱6外圈焊有材料为碳钢的工字截面的加强筋圈,主舱6内设置有热沉安装吊点,吊装能力≥2t,满足月尘舱内设备和试样样品的吊装需求主舱6设置有为碳钢的支腿进行支撑,支腿沉于地下。通道10用于试件的进出和人员的出入,大门机构由电动驱动,向右侧旋转打开,大门机构采用氟橡胶圈密封,气动夹具预压紧,大门开闭和气动夹具夹紧应通过PLC实现逻辑互锁保护,大门机构上设置有传感器,传感器用于检测大门开关状态。由于过渡舱7为预留接口,不经常开启,所以使用法兰连接的形式。原位副舱9用于放置光学系统原位测量多自由度直线运动集成机构,原位副舱9上设置有舱门,舱门包括碟形封头和法兰,手动向右侧旋转打开,由铰链来实现大门的旋转,采用氟橡胶圈密封,通过手动夹具预压紧,通过螺母锁紧,可分离的轴承内外圈分开连接,通过配合满足舱门与轴一起转动,开关方便;又通过弹簧和手动调节螺母实现舱门相对筒体的轴向运动。压缩密封圈,实现真空密封。舱门采用氟橡胶圈密封,使用手动夹具预压紧,手动夹具共4个,均匀分布在舱门上。支撑平台用于支撑光学系统原位测量多自由度直线运动集成机构。底部平台8用于安装导轨,并起到支撑作用,原位机构可安装在底部平台8上,底部平台8为边长1200mm的正六边形结构,底部平台8通过工字型不锈钢焊接形成,底部平台8上安装有可拆卸的人行防滑踏板方便人员操作,提高安全性。试验时,可将踏板拆掉,移除容器。两根第一导轨可供操作平台4在其上移动。第一导轨长4000mm,从通道10延伸至主舱6内,两根第一导轨的中心间距为1000mm,可承载5t。第一导轨具有限位功能,防止操作平台4撞击主舱6的热沉。样品台3通过电机的转动来实现四根丝杠的转动,从而实现台面的上下移动。试件可以放置在容器外的罐外车5上进行试验前的准备工作,这样做减少了许多容器内的准备工作,操作更为方便,且保证了容器内的清洁。罐外车5采用手动操作方式,罐外车5设置有四个高度可调节的支腿,在其就位后通过调节支腿的高度来对齐罐内第一导轨,并起到固定作用。罐外车5上设置有扶手,第二导轨在扶手方向具有限位功能,防止试件推出导轨外。钢平台2用于支撑工作人员或设备从容器顶部月尘源接口装载粉尘样品,以及调试或检修分布于月尘舱直筒段上部的电子加速器、紫外源和X射线源等设备。钢平台2为四层结构,每层结构之间设置有楼梯、护栏和扶手,四层结构额第一层为地面11,第二层距离地面1500mm,用于调试检修过渡舱,原位副舱,第二圈接口和第三圈接口(含PIV接口),第三层距离第二层2600mm,用于调试检修X射线源,电子加速器,紫外源及第四圈接口;第四层距离第三层2540mm,用于工作人员从容器顶部月尘源接口装载粉尘样品。月尘槽用于盛放月尘模拟样品,使用时,将其放置于样品台3上,沿第一导轨移动至真空容器1的中心位置,月壤槽用于盛放月壤模拟样品。使用时,将其放置于操作平台4上,沿第一导轨移动至真空容器1的中心位置。
如图14-15所示,真空容器1沿高度方向由下至上依次开设有第一圈接口12、第二圈接口13、第三圈接口14和第四圈接口15,每圈接口均包括多个接口结构。接口角度:根据舱体在大厅内的布局俯视图,正下方为0°,逆时针递增。接口高度:以基准地面为0标高,定义接口中心高度。接口尺寸:以接口法兰通径DN xx定义。第一圈接口12距离地面730mm,第二圈接口13距离地面2300mm,第三圈接口14距离地面3000mm,第四圈接口15距离地面4650mm。孔号T1,通径DN320,用于月尘源,位于顶部封头;孔号V1~V6,通径DN500,用于低温泵,位于顶部封头,跨中设置;孔号V7、V8,通径DN250,用于分子泵,位于顶部封头,跨中设置;孔号V9,通径DN250粗抽、旁抽,用于,位于顶部封头,跨中设置;孔号C1,通径DN250淋撒,用于,位于顶部封头;孔号C2,通径DN250(9个55芯),用于淋撒测控,位于顶部封头;孔号C21~C23,通径DN250,备用,位于顶部封头;孔号T2、T4,通径DN1100,用于紫外源,位于筒体;孔号T3,通径DN600X,用于射线源,位于筒体;孔号T5,通径DN200,用于电子加速器,位于筒体;孔号T6,通径DN3000,用于设备样品通道,位于筒体;孔号T7,通径DN1250,用于原位副舱,位于筒体;孔号T8,通径DN1250,用于过渡舱,位于筒体;孔号C3,通径DN200(DN40),用于预留月尘喷泉(10kV),位于筒体四圈,单独设置;孔号C4,通径DN200(DN100),用于预留雾霾粉尘,位于筒体四圈;孔号C5,通径DN200X,用于射线源电控,位于筒体四圈X射线源附近;孔号C6,通径DN200(CF35+DN50),用于法拉第杯+预留加湿器,位于筒体四圈4650mm;孔号T9,通径DN500,用于预留太阳风,位于筒体四圈;孔号V10,通径DN200,用于复压,位于筒体四圈;孔号V11,通径DN200,用于真空测量,位于筒体四圈;孔号C7,通径DN200(DN40),用于表面电位测量仪(20kV),位于筒体三圈聚焦平面附近,原位副舱附近,单独设置;孔号P1、P8,通径DN300观察窗,用于入射PIV,位于筒体三圈石英玻璃,短管100mm;孔号P2~P7,通径DN200观察窗,用于PIV观测,位于筒体三圈石英玻璃,短管100mm;孔号G1,通径DN200观察窗,用于中速相机窗口,位于筒体三圈聚焦平面上600mm;孔号V12,通径DN200,用于真空测量,位于筒体三圈;孔号C8,通径DN200(6个55芯),用于3原位副舱电控+3,备用,位于筒体二圈原位副舱附近;孔号C9,通径DN200(2个DN40),用于积分球反射率测试仪,位于筒体二圈聚焦平面附近,原位副舱附近;孔号C10,通径DN200(CF35),用于法拉第杯,位于筒体二圈聚焦平面附近;孔号C11~C13,通径DN200,用于测试仪器,位于筒体二圈;孔号C14,通径DN200(6个55芯),用于石英微天平+预留月尘喷泉+电子加速器+预留雾霾测量仪+预留太阳风,位于筒体二圈聚焦平面附近;孔号C15,通径DN200(DN40),用于发射率测试仪,位于筒体二圈聚焦平面附近;孔号C16,通径DN200,备用,位于筒体二圈;孔号C17、C18,通径DN200,备用,位于筒体一圈;孔号N1~N10,通径DN200,用于液氮进出口,位于筒体一圈;孔号V13,通径DN200,用于真空测量,位于筒体一圈;孔号C19,通径DN200,用于预留鼓风机,位于筒体一圈;孔号C20,通径DN200(DN50),用于预留加湿器,位于筒体一圈。
以上对本发明所提供的一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,其特征在于:它包括真空容器(1)、钢平台(2)、样品台(3)、操作平台(4)、罐外车(5)、月尘槽和月壤槽,所述真空容器(1)包括主舱(6)、过渡舱(7)、底部平台(8)、原位副舱(9)和通道(10),所述主舱(6)的侧壁上开设有通道(10),所述通道(10)上开设有大门机构,实现通道(10)的开闭,所述主舱(6)上侧面设置有过渡舱(7),通过过渡舱(7)与外部设备相连,所述主舱(6)上设置有原位副舱(9),所述原位副舱(9)位于月尘舱直筒段上,所述原位副舱(9)内设置有支撑平台,所述主舱(6)的内部设置有底部平台(8),所述底部平台(8)上设置有两根第一导轨,所述操作平台(4)与两根第一导轨滑动连接,所述操作平台(4)上放置样品台(3),所述样品台(3)包括四个转台,转台之间通过丝杠相连,转台正中间设置有中间换向器,所述中间换向器通过联轴器与电机相连,所述中间换向器通过联轴器连接两侧换向器,所述两侧换向器与丝杠相连,所述罐外车(5)为用框架式结构,通过方钢管焊接形成,所述框架式结构上方铺设有两个第二导轨,所述第二导轨与第一导轨对接,所述钢平台(2)设置在真空容器(1)外侧,所述月尘槽内盛放月尘模拟样品,所述月尘槽放置在样品台(3)上,所述月壤槽内盛放月壤模拟样品,所述月壤槽放置在操作平台(4)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,其特征在于:所述主舱(6)外圈焊有材料为碳钢的工字截面的加强筋圈,所述主舱(6)内设置有热沉安装吊点,所述主舱(6)设置有为碳钢的支腿进行支撑,所述支腿沉于地下。
3.根据权利要求1所述的一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,其特征在于:所述大门机构由电动驱动,向右侧旋转打开,大门机构采用氟橡胶圈密封,气动夹具预压紧,所述大门机构上设置有传感器,传感器用于检测大门开关状态。
4.根据权利要求1所述的一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,其特征在于:所述原位副舱(9)上设置有舱门,舱门包括碟形封头和法兰,手动向右侧旋转打开,由铰链来实现大门的旋转,采用氟橡胶圈密封,通过手动夹具预压紧,手动夹具共4个,均匀分布在舱门上。
5.根据权利要求1所述的一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,其特征在于:所述底部平台(8)为边长1200mm的正六边形结构,所述底部平台(8)通过工字型不锈钢焊接形成。
6.根据权利要求1所述的一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,其特征在于:所述底部平台(8)上安装有可拆卸的人行防滑踏板。
7.根据权利要求1所述的一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,其特征在于:所述第一导轨长4000mm,从通道(10)延伸至主舱(6)内,两根第一导轨的中心间距为1000mm,所述第一导轨具有限位功能。
8.根据权利要求1所述的一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,其特征在于:所述罐外车(5)设置有四个高度可调节的支腿,所述罐外车(5)上设置有扶手,所述第二导轨在扶手方向具有限位功能。
9.根据权利要求1所述的一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,其特征在于:所述钢平台(2)为四层结构,每层结构之间设置有楼梯、护栏和扶手,所述四层结构的第一层为地面(11),第二层距离地面(11)1500mm,第三层距离第二层2600mm,第四层距离第三层2540mm。
10.根据权利要求1所述的一种用于模拟月球表面综合环境的真空容器系统,其特征在于:所述真空容器(1)沿高度方向由下至上依次开设有第一圈接口(12)、第二圈接口(13)、第三圈接口(14)和第四圈接口(15),每圈接口均包括多个接口结构。
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