CN115950700A - 一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，属于空间探测领域。解决传统汽凝冰制备方法无法排除空气中水蒸气因素干扰的问题。它包括以下步骤：S1：按照真实月壤的矿物组分准备一定质量的斜长岩与玄武岩原料；S2：按照一定比例混合斜长岩与玄武岩并均匀混配；S3：对搅拌设备预冷并排空搅拌设备内气体，同时对制备原料进行烘干；S4：检验烘干原料是否完全烘干；S5：对完全烘干原料进行降温到一定温度通入水汽；S6：在恒低温环境中通过搅拌设备对降温后的完全烘干原料进行均匀搅拌；S7：对连通腔体进行预冷并通入低温气氛排空连通腔体内气体相应含水率的月壤水冰原料制备完成。它主要用于汽凝冰模拟月壤的制备。
Description
技术领域
本发明属于空间探测领域，特别是涉及一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法。
背景技术
随着国内外学者与专家对地面模拟月壤的进一步研究，现阶段的含水模拟月壤制备方法主要分为水混壤、冰混壤和汽凝冰三种，前两种模拟方法比较成熟，汽凝冰的制备方法现阶段不够成熟，不能完全模拟真实月壤各种极端工况。
目前的汽凝冰模拟月壤制备方法，其是使用烘箱烘干后的模拟月壤，将其盛装在铝盒中，预冷之后，在冷环境中使用加湿器或简易水汽发生器将超纯水以水汽的方式与模拟月壤表面进行水汽吸附，制备相应含水率的模拟月壤，但该方法存在水汽发生时吸附冷环境中的水蒸气与模拟月壤颗粒吸附，影响相应含水率的准确度，无法排除空气中水蒸气因素的干扰，对于一些特殊工况或极端工况影响较大。
因此，亟需设计一种可排除空气水蒸气干扰、高准确度含水率且均一性良好的模拟月壤制备方法，以满足特殊工况及极端工况的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种专利,以解决传统汽凝冰制备方法无法排除空气中水蒸气因素干扰的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，包括以下步骤：
S1：按照真实月壤的矿物组分准备一定质量的斜长岩与玄武岩原料；
S2：按照一定比例混合斜长岩与玄武岩并均匀混配，形成制备原料；
S3：对搅拌设备预冷并排空搅拌设备内气体，同时对制备原料进行烘干形成烘干原料；
S4：检验烘干原料是否完全烘干，烘干原料含水率误差不超过一定范围，如果超过该允许误差范围，则重复烘干至允许误差范围内形成完全烘干原料，将完全烘干原料加入到预冷并排空气体的搅拌设备内；
S5：对完全烘干原料进行降温到一定温度后，根据目标月壤水冰含水率向搅拌设备通入与完全烘干原料相对应量的水汽并检测通入搅拌设备内水的含量；
S6：在恒低温环境中通过搅拌设备对降温后的完全烘干原料进行均匀搅拌形成月壤水冰原料；
S7：搅拌设备与承装成品容器之间的连通通道以及承装成品容器组成连通腔体，对连通腔体进行预冷并通入低温气氛排空连通腔体内气体，然后将月壤水冰原料排入承装成品的容器内并对月壤水冰原料进行含水率检测，相应含水率的月壤水冰原料制备完成。
更进一步的，所述斜长岩和玄武岩的质量比为7:3。
更进一步的，所述斜长岩和玄武岩的粒径均小于1mm。
更进一步的，所述步骤S3中预冷方式为通入-196℃的低温液氮，液氮气化后排空搅拌设备内气体。
更进一步的，所述步骤S4中采用热重法或烘干法检验烘干原料是否完全烘干。
更进一步的，所述步骤S4中含水率的最大允许误差不超过±0.5％。
更进一步的，所述步骤S5中对完全烘干原料降温到-180℃后通入水汽。
更进一步的，所述步骤S6中的恒低温环境温度为-180℃。
更进一步的，所述步骤S7中的低温气氛为低温氮气，温度为-50℃。
更进一步的，所述搅拌设备内设有竖向布置的螺旋轴，所述螺旋轴转动时对完全烘干原料进行搅拌，螺旋轴的输送方向为由下到上，所述步骤S5中的水汽为冷蒸发水汽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、原料的制备比例与真实月壤一致，能够制造真实度高的模拟月壤；
2、通过对搅拌设备的预冷以及排空空气，再通入与月壤重量相对应的水汽的含量，能够制造出含水率更加准确的模拟月壤；
3、通过搅拌设备的预冷，能够更好的模拟汽凝冰模拟月壤的生成环境；
4、通过搅拌设备搅拌并将物料提升的作用，形成物料流场，冷蒸发水汽会在搅拌设备内形成水汽流场，水汽流场和物料流场不断接触，使得水汽与颗粒不断接触，水汽冷凝吸附并且颗粒间应力粘结，使二者充分接触，形成一层冰膜即我们所需的汽凝冰模拟月壤；
5、通过对模拟月壤覆膜前后的含水率对比同样可以验证理论含水率和实际含水率的情况相符；
6、通过对连通腔体进行预冷并通入低温气氛排空连通腔体内气体，能够防止空气中的水分对模拟月壤成品造成影响；
7、本方法制备周期适中、环境保持度高，操作流程简单，对原材料的处理不需要进行过多的加工，因此可以很好地满足一些特殊工况。
附图说明
构成本发明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为本发明所述的一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法的工艺流程图。
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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见附图说明本实施方式，一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，包括以下步骤：
S1：按照真实月壤的矿物组分准备一定质量的斜长岩与玄武岩原料，所述斜长岩和玄武岩的粒径均小于1mm；
S2：按照一定比例混合斜长岩与玄武岩并均匀混配，形成制备原料，斜长岩和玄武岩的质量比为7:3；
S3：对搅拌设备预冷并排空搅拌设备内气体，同时对制备原料进行烘干形成烘干原料，预冷方式采用通入-196℃的低温液氮，液氮气化后排空搅拌设备内气体；
S4：采用热重法或烘干法检验烘干原料是否完全烘干，烘干原料含水率误差不超过±0.5％，如果超过该允许误差范围，则重复烘干至允许误差范围内形成完全烘干原料，将完全烘干原料加入到预冷并排空气体的搅拌设备内；
S5：对完全烘干原料进行降温到-180℃后，根据目标月壤水冰含水率向搅拌设备通入与完全烘干原料相对应量的水汽并检测通入搅拌设备内水的含量，水汽为冷蒸发得到的水汽；
S6：在-180℃恒低温环境中通过搅拌设备对降温后的完全烘干原料进行均匀搅拌形成月壤水冰原料；
S7：搅拌设备与承装成品容器之间的连通通道以及承装成品容器组成连通腔体，对连通腔体进行预冷并通入-50℃的低温氮气排空连通腔体内气体，然后将月壤水冰原料排入承装成品的容器内并对月壤水冰原料进行含水率检测，相应含水率的月壤水冰原料制备完成。
在本实施例中，所述搅拌设备内设有竖向布置的螺旋轴，所述螺旋轴转动时对完全烘干原料进行搅拌，螺旋轴的输送方向为由下到上，会将物料向上提升形成物料流场，水汽为冷蒸发得来，通入搅拌设备内会形成阵列水汽的水汽流场，与物料流场不断接触，水汽冷凝吸附并且颗粒间应力粘结，使二者充分接触，形成一层冰膜即为所需的汽凝冰模拟月壤，本方法的制备过程适用于大批量制备过程，因为通过该方法进行制备，处理过程简单，主要依赖设备为搅拌设备，可以大量输入原料进行制备，所以能够满足大批量制备要求。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。
Claims (10)
1.一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照真实月壤的矿物组分准备一定质量的斜长岩与玄武岩原料；
S2：按照一定比例混合斜长岩与玄武岩并均匀混配，形成制备原料；
S3：对搅拌设备预冷并排空搅拌设备内气体，同时对制备原料进行烘干形成烘干原料；
S4：检验烘干原料是否完全烘干，烘干原料含水率误差不超过一定范围，如果超过该允许误差范围，则重复烘干至允许误差范围内形成完全烘干原料，将完全烘干原料加入到预冷并排空气体的搅拌设备内；
S5：对完全烘干原料进行降温到一定温度后，根据目标月壤水冰含水率向搅拌设备通入与完全烘干原料相对应量的水汽并检测通入搅拌设备内水的含量；
S6：在恒低温环境中通过搅拌设备对降温后的完全烘干原料进行均匀搅拌形成月壤水冰原料；
S7：搅拌设备与承装成品容器之间的连通通道以及承装成品容器组成连通腔体，对连通腔体进行预冷并通入低温气氛排空连通腔体内气体，然后将月壤水冰原料排入承装成品的容器内并对月壤水冰原料进行含水率检测，相应含水率的月壤水冰原料制备完成。
2.根据权利要求1所述的一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，其特征在于：所述斜长岩和玄武岩的质量比为7:3。
3.根据权利要求2所述的一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，其特征在于：所述斜长岩和玄武岩的粒径均小于1mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，其特征在于：所述步骤S3中预冷方式为通入-196℃的低温液氮，液氮气化后排空搅拌设备内气体。
5.根据权利要求4所述的一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，其特征在于：所述步骤S4中采用热重法或烘干法检验烘干原料是否完全烘干。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，其特征在于：所述步骤S4中含水率的最大允许误差不超过±0.5％。
7.根据权利要求6所述的一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，其特征在于：所述步骤S5中对完全烘干原料降温到-180℃后通入水汽。
8.根据权利要求1、2、3、5或7所述的一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，其特征在于：所述步骤S6中的恒低温环境温度为-180℃。
9.根据权利要求8所述的一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，其特征在于：所述步骤S7中的低温气氛为低温氮气，温度为-50℃。
10.根据权利要求8所述的一种面向科学载荷效能测试用的大批量月壤水冰样本制备方法，其特征在于：所述搅拌设备内设有竖向布置的螺旋轴，所述螺旋轴转动时对完全烘干原料进行搅拌，螺旋轴的输送方向为由下到上，所述步骤S5中的水汽为冷蒸发水汽。
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