一種真空高低溫月壤環(huán)境模擬裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種真空高低溫月壤環(huán)境模擬裝置，包括模擬月壤盛放裝置、真空罐構(gòu)成的真空高低溫環(huán)境模擬器以及低溫制冷循環(huán)器、擴(kuò)散泵、機(jī)械泵與加熱組件；上述模擬月壤盛放裝置具有用來盛放模擬月壤的月壤筒，且通過移動平臺實現(xiàn)位置的微調(diào)；模擬月壤盛放裝置設(shè)置在真空罐內(nèi)；真空管通過擴(kuò)散泵與前級機(jī)械泵實現(xiàn)真空罐內(nèi)的抽真空；低溫制冷循環(huán)器通過月壤筒筒壁上設(shè)計的內(nèi)部具有制冷劑的紫銅管實現(xiàn)模擬月壤的制冷；且通過月壤筒上方設(shè)置的碘鎢燈實現(xiàn)模擬月壤表面的加熱。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：能夠模擬真空條件下表層月壤的白晝高溫或黑夜低溫環(huán)境，深層月壤的低溫環(huán)境，且保證模擬月壤具備1.9g/cm3高密實度，低于0.1％含水量。
【專利說明】一種真空高低溫月壤環(huán)境模擬裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種真空高低溫月壤環(huán)境模擬裝置，尤其涉及一種用于模擬月球表面 高真空，月壤干燥、高密實度，白晝時分表層月壤高溫、深層月壤低溫，黑夜時分土壤整體低 溫的環(huán)境模擬裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 月球是距離地球最近的天體，月球探測是人類進(jìn)行星際探測的歷史性開端，從人 類的整個太空探測而言，月球探測具有極其重要的戰(zhàn)略意義，因為它是星際探測的中轉(zhuǎn)基 地。自1969年7月20日美國阿波羅11號飛船首次登陸月球以來，迄今美國先后有12名 宇航員登上月球，運(yùn)回大量的月壤和巖石標(biāo)本；前蘇聯(lián)也先后進(jìn)行了三次載人或不載人的 取樣，獲取了大量的科學(xué)數(shù)據(jù)。月球上所蘊(yùn)含的豐富的礦產(chǎn)和能源，儼然已成為繼南極和公 海之后又一個國際爭奪的熱點(diǎn)。
[0003] 月球不屬于任何國家，誰先利用誰先獲益，月壤的采集與分析早已成為一個國際 熱門話題。然而月球環(huán)境極其苛刻，在近月空間和月表環(huán)境中的大氣密度只有地球上的 1/1012,所以月球大氣環(huán)境也稱為高真空環(huán)境，比地球軌道的真空度還高約2個數(shù)量級。月 面溫度環(huán)境稱之為月球熱環(huán)境，包括太陽直接輻照、月球反照、月面紅外輻射等。在月球白 天期間，太陽輻照度高達(dá)1358W/m 2。在月球軌道上，從黎明到黃昏，太陽輻照度的變化約為 1%;而在月球午夜，太陽輻照降至0。月球的黑夜極限溫度可達(dá)-180°C，月面在受到太陽直 接照射時的極限溫度可達(dá)150°C，晝夜溫差很大。月球環(huán)境總體來說具有高真空、高溫高、低 溫低、高低溫差大等特點(diǎn)。
[0004] 為了進(jìn)行月球科學(xué)的研究，世界各國科學(xué)家制作了多種模擬月壤，"模擬月壤"是 在地球上進(jìn)行的試驗中所使用的月壤替代品，是能夠較好地模擬真實月壤的材料。根據(jù)不 同的研究目的，可以側(cè)重于模擬真實月壤的化學(xué)、電磁、物理特性以及力學(xué)特性等。例如被 國外廣泛采用的JSC-ι模擬月壤的原材料是富含玻璃的玄武質(zhì)火山灰，通過研磨、篩分制 備而成，其化學(xué)組成、礦物成分、顆粒形狀、顆粒粒徑分布、比重、內(nèi)摩擦角及粘聚力參數(shù)與 Apollol4號采集的月海低鈦月壤相似；MLS-1模擬月壤取自高鈦的玄武質(zhì)角巖，用于模擬 Apolloll號采集的高地月壤的化學(xué)組成；日本的MKS-1和FJS-1均用于模擬Apollol4號 采集的月海低鈦月壤等。
[0005] 世界各國制備的模擬月壤普遍都是常溫常壓下保存，在使用過程中常常存在以下 問題：
[0006] (1)密實度不夠：真實月壤為高密實度狀態(tài)，密度約為1. 9g/cm3,模擬月壤為松散 保存狀態(tài)，密度一般不超過1. 5g/cm3 ;
[0007] (2)含水量過高：真實月壤不含水分，模擬月壤常溫常壓保存，內(nèi)部含有大量水 汽，水分子的存在極大的影響了模擬月壤的物理性質(zhì)；
[0008] (3)溫度場差異太大：真實月壤表層和深層溫度差大，300mm以下為低溫環(huán)境，且 溫度隨著深度增加逐漸趨于均勻，約-30?-40°C，模擬月壤使用過程中常常溫度均一化， 有些甚至在室溫情況下使用；
[0009] (4)模擬月壤周圍壓強(qiáng)過高：真實月壤所處環(huán)境為超高真空環(huán)境，模擬月壤所處 環(huán)境一般為常壓環(huán)境，氣體分子的存在，對模擬月壤的導(dǎo)熱性能影響甚大。世界各國在進(jìn)行 模擬月壤試驗的過程中，往往注重模擬其中的某一方面或某些方面，不能將月壤的這些特 征都模擬出來。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對上述問題，本發(fā)明提出一種真空高低溫月壤環(huán)境模擬裝置，可模擬表層月壤 的白晝高溫或黑夜低溫環(huán)境，深層月壤的低溫環(huán)境，保證模擬月壤和真實月壤的密實度、含 水量、真空度接近，可用于進(jìn)行模擬月壤的相關(guān)試驗，如研究模擬月壤的熱傳導(dǎo)模型、真空 鉆進(jìn)鉆桿的發(fā)熱情況等。
[0011] 本發(fā)明一種模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，包括由模擬月壤盛放裝置、真空罐構(gòu) 成的真空高低溫環(huán)境模擬器以及低溫制冷循環(huán)、擴(kuò)散泵、機(jī)械泵與加熱組件。
[0012] 上述模擬月壤盛放裝置包括支架、月壤筒、模擬月巖、臺鉗、XY移動平臺A、XY移動 平臺B;其中，月壤筒堅直設(shè)置，底端設(shè)置在模擬月巖上表面，頂端由支架頂面設(shè)計的定位 口穿出。模擬月巖通過臺鉗加持，臺鉗安裝在XY移動平臺A上，XY移動平臺A固定安裝于 支架底面；上述支架安裝在XY移動平臺B上；上述結(jié)構(gòu)模擬月壤盛放裝置整體設(shè)置于真空 罐內(nèi)；真空罐內(nèi)的抽真空由擴(kuò)散泵實現(xiàn)。
[0013] 所述月壤筒筒壁設(shè)計為四層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為月壤筒內(nèi)膽、月壤筒保護(hù)層、紫 銅管層與月壤筒外壁。其中，月壤筒內(nèi)膽采用空隙小于模擬月壤顆粒的不銹鋼網(wǎng)制成；紫銅 管層為由月壤筒頂部至底部環(huán)形盤繞的紫銅管，紫銅管內(nèi)具有制冷劑。月壤筒外壁和月壤 筒保護(hù)層周向上均開有透氣孔；上述紫銅管經(jīng)管路與低溫制冷循環(huán)器相連，通過低溫制冷 循環(huán)器使制冷劑在紫銅管內(nèi)循環(huán)制冷。
[0014] 所述加熱組件包括碘鎢燈、安裝板與隔熱屏構(gòu)成；其中，碘鎢燈設(shè)置于月壤筒正上 方。碘鎢燈燈管安裝在安裝板的下表面，安裝板的下表面為凹面，使碘鎢燈通過安裝架安裝 在安裝板下表面，且使碘鎢燈安裝高度與角度可調(diào)；同時，在安裝板上方吊裝有隔熱屏。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0016] 1、本發(fā)明所述模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，能夠模擬真空條件下表層月壤的白 晝高溫或黑夜低溫環(huán)境，深層月壤的低溫環(huán)境，且保證模擬月壤具備1. 9g/cm3高密實度，低 于0. 1 %含水量；
[0017] 2、本發(fā)明所述模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，月壤筒可以在不破壞真空的條件下 調(diào)整位置，以適應(yīng)不同的試驗工位，大大縮減了每次破壞真空后重新抽真空和制冷的時間。 例如，真空鉆進(jìn)過程中，通過調(diào)整不同的工位，可以在一次抽真空制冷的情況下，實現(xiàn)多次 鉆進(jìn)，大大加快了試驗的進(jìn)度。
[0018] 3、本發(fā)明所述模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，通過碘鎢燈管輻射加熱，采用碘鎢 燈管加熱速度快，最高溫度可達(dá)200°C，完全可以模擬表層月壤150°C的高溫環(huán)境，加熱速 度快；
[0019] 4、本發(fā)明所述模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，采用低溫冷卻循環(huán)器，通過依附在 月壤筒內(nèi)壁上的紫銅盤管實現(xiàn)對模擬月壤制冷，同時在模擬月壤內(nèi)部放置溫度釬，用鉬電 阻溫度傳感器實時監(jiān)測模擬月壤內(nèi)部的溫度場；
[0020] 5、本發(fā)明所述模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，月壤筒填充模擬月壤時，采用三維 振動臺將模擬月壤振實到接近振實月壤的密實度，同時為了不降低表層模擬月壤在真空罐 抽真空過程中的密實度，月壤筒側(cè)壁開有通氣孔，模擬月壤內(nèi)部的氣體可以經(jīng)過通最近氣 孔冒出，而不需要所有氣體均從月壤筒表面冒出。
[0021] 6、本發(fā)明所述模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，模擬月壤在裝入月壤筒振動壓實之 前，放進(jìn)真空干燥箱里進(jìn)行真空干燥，對配置好的模擬月壤進(jìn)行烘干，使其達(dá)到低于〇. 1 % 的含水量；
[0022] 7、裝置采用真空泵組對真空罐進(jìn)行抽真空，前級泵采用擴(kuò)散泵，同時采用兩個機(jī) 械泵，一個作為預(yù)抽保護(hù)泵，使真空罐真空度降到IPa以下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明真空高低溫月壤環(huán)境模擬裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明真空高低溫月壤環(huán)境模擬裝置中模擬月壤盛放裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明真空高低溫月壤環(huán)境模擬裝置中模擬月壤盛放裝置安裝方式示意 圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明真空高低溫月壤環(huán)境模擬裝置中月壤筒筒壁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明真空高低溫月壤環(huán)境模擬裝置中溫度檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)及安裝方式示 意圖；
[0028] 圖6為本發(fā)明真空高低溫月壤環(huán)境模擬裝置中加熱組件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖中：
[0030] 1-真空高低溫環(huán)境模擬器2-低溫制冷循環(huán)器 3-擴(kuò)散泵
[0031] 4-機(jī)械泵 5-加熱組件 6-溫度釬
[0032] 7-溫度傳感器 8-控制臺 9-輔助螺栓擰緊設(shè)備
[0033] 101-模擬月壤盛放裝置 102-真空罐 101a-支架
[0034] 101b-月壤筒 l〇lc-模擬月巖 101d-臺鉗
[0035] 101e-XY移動平臺A lOlf-XY移動平臺B l〇lg_隔熱墊片
[0036] 101h-月壤筒內(nèi)膽 101i-月壤筒保護(hù)層 101 j-紫銅管層
[0037] 101k-月壤筒外壁 101m-透氣孔 102a_安裝臺
[0038] 501-碘鎢燈 502-安裝板 503-隔熱屏

【具體實施方式】
[0039] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0040] 本發(fā)明模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，包括由模擬月壤盛放裝置101、真空罐102 構(gòu)成的真空高低溫環(huán)境模擬器1，以及低溫制冷循環(huán)器2、擴(kuò)散泵3、機(jī)械泵4與加熱組件5， 如圖1所示。
[0041] 上述模擬月壤盛放裝置101包括支架l〇la、月壤筒101b、模擬月巖101c、臺鉗 101d、XY移動平臺A101e、XY移動平臺BlOlf，如圖2所示。支架101a為矩形框架結(jié)構(gòu)，底 面上由下至上依次設(shè)置有XY移動平臺AlOle、臺鉗101d、模擬月巖101c與月壤筒101b。其 中，月壤筒l〇lb堅直設(shè)置，底端設(shè)置在模擬月巖101c上表面，頂端由支架101a頂面設(shè)計的 定位口穿出，通過定位口實現(xiàn)月壤筒l〇lb的徑向定位。上述月壤筒101b用來盛放模擬月 壤；模擬月巖101c用于模擬月面地質(zhì)環(huán)境中可能存在的月巖，可用于真空條件下模擬月面 巖石的鉆進(jìn)試驗或?qū)嵩囼?，且此時可以不安裝月壤筒101b。模擬月巖101c通過臺鉗101d 加持，且模擬月巖l〇lc底面與臺鉗101d間設(shè)置有隔熱墊片101g，通過隔熱墊片101g防止 模擬月巖101C熱傳導(dǎo)過快，將月壤筒101b的低溫傳至真空罐102。臺鉗101d安裝在XY移 動平臺AlOle上，XY移動平臺AlOle固定安裝于支架101a底面，通過XY移動平臺AlOle實 現(xiàn)月壤筒l〇lb在水平X、Y方向上位置的微調(diào)。上述支架101a安裝在XY移動平臺BlOlf 上，通過XY移動平臺BlOlf實現(xiàn)月壤筒101b在水平X、Y方向上位置粗調(diào)。上述XY移動平 臺AlOle與XY移動平臺BlOlf均可以在真空、高底溫和粉塵環(huán)境下正常工作。
[0042] 上述結(jié)構(gòu)模擬月壤盛放裝置101整體設(shè)置于真空罐102內(nèi)，如圖3所示；將XY移 動平臺BlOlf通過可拆卸螺栓安裝于真空罐102內(nèi)部底面上設(shè)計的安裝臺102a上；使XY 移動平臺AlOle與XY移動平臺BlOlf上的X、Y方向位置調(diào)節(jié)旋鈕伸出真空罐，外接操作手 輪，可隨時在真空罐102外部對月壤筒102位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0043] 由于模擬月壤是極細(xì)的粉末狀顆粒材料，而粉末狀材料和顆粒狀材料的熱傳導(dǎo)性 與周圍環(huán)境的氣壓密切相關(guān)，主要由于在模擬月壤的材料中，大部分的熱量傳遞是通過顆 粒之間的氣體傳導(dǎo)，只有相對較少的一部分是通過土壤顆粒及之間的接觸傳導(dǎo)。當(dāng)顆粒周 圍環(huán)境氣壓低于IPa時，顆粒物質(zhì)的熱傳導(dǎo)率與周圍環(huán)境的壓力會不相關(guān)，因此要構(gòu)造一 個模擬的月球熱環(huán)境，必須在低于IPa的條件下進(jìn)行，真空度越接近真實情況，模擬效果越 好。而模擬月壤的材料，對用于獲取高真空或超高真空的分子泵來說，會對分子泵葉片造成 很大的損害。因此本發(fā)明中，采用耐粉塵的擴(kuò)散泵3作為主抽泵，對真空罐102內(nèi)進(jìn)行抽真 空操作。擴(kuò)散泵3能夠達(dá)到的極限真空為5Xl(T 5Pa，具有兩臺旋片式機(jī)械泵4作為前級泵， 機(jī)械泵4能夠達(dá)到的極限真空為lXl(T2Pa。兩臺機(jī)械泵4中，一臺作為預(yù)抽機(jī)械泵，另一臺 作為工作機(jī)械泵；預(yù)抽機(jī)械泵在實驗開始階段，粉塵較多時對真空罐102內(nèi)進(jìn)行預(yù)抽真空 操作，保護(hù)工作機(jī)械泵與擴(kuò)散泵4間后續(xù)協(xié)調(diào)運(yùn)行。所述擴(kuò)散泵3與兩個機(jī)械泵4可通過 循環(huán)水機(jī)進(jìn)行冷卻，防止工作時溫度過高造成損壞。
[0044]由于在真空條件下不存在對流傳熱，熱輻射傳熱效率較低，本發(fā)明設(shè)計了直接接 觸熱傳導(dǎo)的制冷方式，實現(xiàn)模擬月壤深層低溫，最短時間內(nèi)實現(xiàn)月壤深層制冷，保證月壤深 層的制冷效果，具體為：
[0045] 將月壤筒101b筒壁設(shè)計為四層結(jié)構(gòu)，如圖4所示，由內(nèi)向外依次為月壤筒內(nèi)膽 l〇lh、月壤筒保護(hù)層101i、紫銅管層101j與月壤筒外壁101k。其中，月壤筒內(nèi)膽101h采用 空隙小于模擬月壤顆粒的不銹鋼網(wǎng)制成，月壤筒內(nèi)膽l〇lh緊貼月壤筒保護(hù)層10Π 內(nèi)壁，通 過點(diǎn)焊將月壤筒內(nèi)膽l〇lh焊接到月壤筒保護(hù)層101i內(nèi)壁上。通過月壤筒內(nèi)膽101h可保 證模擬月壤填充、壓實和試驗的過程中，模擬月壤顆粒不會進(jìn)入到外層筒壁結(jié)構(gòu)空間中。紫 銅管層101 j為由月壤筒l〇lb頂部至底部環(huán)形盤繞的紫銅管，形成螺紋結(jié)構(gòu)?？紤]模擬月 壤內(nèi)部環(huán)境和真空罐102內(nèi)的抽真空操作，月壤筒外壁101k和月壤筒保護(hù)層101i周向上 均開有透氣孔l〇lm，使模擬月壤內(nèi)部的氣體可以經(jīng)過通最近的透氣孔101m冒出，而不需要 所有氣體均從模擬月壤表面冒出，能夠有效的保證模擬月壤表層的密實度。上述紫銅管內(nèi) 具有乙二醇兌水制成的制冷劑，通過管路與低溫制冷循環(huán)器2相連，使制冷劑在紫銅管內(nèi) 循環(huán)制冷，安全可靠；由于月壤筒l〇lb內(nèi)的模擬月壤厚度較厚，中心部位與外圍存在一定 的溫度梯度；因此本發(fā)明通過溫度檢測控制設(shè)備實時監(jiān)測模擬月壤內(nèi)部的溫度場變化。所 述溫度檢測控制設(shè)備包括溫度釬6、溫度傳感器7與控制臺8,如圖5所示；溫度傳感器7采 用鉬電阻溫度傳感器，具有η個，η彡10,安裝在溫度釬6上；令溫度釬6 -端至月壤筒101a 內(nèi)模擬月壤的深度位置間作為探測段，η個溫度傳感器7沿溫度釬6軸向等間距安裝在探 測段上；由此，將安裝有溫度傳感器7的溫度釬6堅直插入模擬月壤內(nèi)，通過溫度傳感器7 實時獲取模擬月壤不同深度處的溫度信號，通過真空罐102罐壁上安裝的航空插頭傳輸至 控制臺8，從而實現(xiàn)對模擬月壤內(nèi)部的溫度場變化的檢測，進(jìn)而根據(jù)需要對低溫制冷循環(huán)器 1的制冷溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。低溫冷卻循環(huán)器2可實現(xiàn)-80°C到室溫的連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0046] 為了最真實的模擬月球表面被太陽輻射的高溫環(huán)境，需要對模擬月壤表層進(jìn)行加 熱。因此，本發(fā)明中通過由碘鎢燈501、安裝板502與隔熱屏503構(gòu)成的加熱組件4對月壤 表層進(jìn)行輻射加熱，最高溫度可達(dá)200°C，加熱速度快，從室溫到最高溫度只需要十幾分鐘 的時間，完全可以模擬表層月壤150°C的高溫環(huán)境。如圖6所示。其中，安裝板502設(shè)置于 月壤筒101a正上方；碘鎢燈501燈管安裝在不銹鋼材料安裝板502的下表面，安裝板502 的下表面為凹面，使碘鎢燈501通過安裝架安裝在安裝板502下表面，使碘鎢燈501安裝 高度與角度可調(diào)，以實現(xiàn)對模擬月壤表層加熱區(qū)域及均勻性進(jìn)行調(diào)整。同時，在安裝板501 上方吊裝有2層0. 5mm厚的不銹鋼材料隔熱屏503,用來對紅外光進(jìn)行反射屏蔽，減少熱損 失。模擬月壤表層的加熱溫度可通過溫度釬6最上端的溫度傳感器7測定，控制臺8根據(jù) 溫度傳感器7反饋溫度做閉環(huán)控制。碘鎢燈501輻射加熱只用于模擬月表白晝時分的高溫 環(huán)境，如要模擬月表黑夜時分的低溫環(huán)境，則不需使用碘鎢燈501加熱，直接用低溫冷卻循 環(huán)器2制冷即可。
[0047] 基于上述模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置的真空高低溫月壤環(huán)境模擬方法為：
[0048] A、模擬月壤干燥除水；
[0049] 將模擬月壤放入真空干燥箱，在真空干燥箱內(nèi)加熱干燥除水，使含水量< 0. 1 %。
[0050] 模擬月壤含水量可仿照土壤的含水量測定方法進(jìn)行測定，采用稱重法，也稱烘干 法，具體操作為：
[0051] 測定模擬月壤含水量時，將模擬月壤置于真空干燥箱內(nèi)烘烤，每隔半小時拿出來 測量一次重量，至重量讀數(shù)不再變化，此時認(rèn)為模擬月壤的含水量< 〇. 1% ;同時，可以測量 出模擬月壤初始的含水量，方法為：
[0052] 取部分模擬月壤用烘干用的鋁盒裝好，用0. lg精度的天平稱模擬月壤和鋁盒的 重量，記為濕重M，在105°C的真空干燥箱內(nèi)將模擬月壤烘干至恒重，然后測定烘干模擬月 壤和鋁盒的重量，記為干重Ms。其中鋁盒的質(zhì)量烘干前和烘干后保持不變，記為m，則模擬 月壤含水量P的計算公式為：
[0053]

【權(quán)利要求】
1. 一種模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，其特征在于：包括由模擬月壤盛放裝置、真空 罐構(gòu)成的真空高低溫環(huán)境模擬器以及低溫制冷循環(huán)、擴(kuò)散泵、機(jī)械泵與加熱組件； 上述模擬月壤盛放裝置包括支架、月壤筒、模擬月巖、臺鉗、XY移動平臺A、XY移動平 臺B;其中，月壤筒堅直設(shè)置，底端設(shè)置在模擬月巖上表面，頂端由支架頂面設(shè)計的定位口 穿出；模擬月巖通過臺鉗加持，臺鉗安裝在XY移動平臺A上，XY移動平臺A固定安裝于支 架底面；上述支架安裝在XY移動平臺B上；上述結(jié)構(gòu)模擬月壤盛放裝置整體設(shè)置于真空罐 內(nèi)；真空罐內(nèi)的抽真空由擴(kuò)散泵實現(xiàn)； 所述月壤筒筒壁設(shè)計為四層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為月壤筒內(nèi)膽、月壤筒保護(hù)層、紫銅管 層與月壤筒外壁；其中，月壤筒內(nèi)膽采用空隙小于模擬月壤顆粒的不銹鋼網(wǎng)制成；紫銅管 層為由月壤筒頂部至底部環(huán)形盤繞的紫銅管，紫銅管內(nèi)具有制冷劑；月壤筒外壁和月壤筒 保護(hù)層周向上均開有透氣孔；上述紫銅管經(jīng)管路與低溫制冷循環(huán)器相連，通過低溫制冷循 環(huán)器使制冷劑在紫銅管內(nèi)循環(huán)制冷； 所述加熱組件包括碘鎢燈、安裝板與隔熱屏構(gòu)成；其中，碘鎢燈設(shè)置于月壤筒正上方； 碘鎢燈燈管安裝在安裝板的下表面，安裝板的下表面為凹面，使碘鎢燈通過安裝架安裝在 安裝板下表面，且使碘鎢燈安裝高度與角度可調(diào)；同時，在安裝板上方吊裝有隔熱屏。
2. 如權(quán)利要求1所述一種模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，其特征在于：所述模擬月巖 底面與臺鉗間設(shè)置有隔熱墊片。
3. 如權(quán)利要求1所述一種模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，其特征在于：所述XY移動平 臺B通過可拆卸螺栓安裝于真空罐內(nèi)部底面上設(shè)計的安裝臺上；使XY移動平臺A與XY移 動平臺B上的X、Y方向位置調(diào)節(jié)旋鈕伸出真空罐，外接操作手輪。
4. 如權(quán)利要求1所述一種模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，其特征在于：所述擴(kuò)散泵具 有兩臺旋片式機(jī)械泵作為前級泵。
5. 如權(quán)利要求1所述一種模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置，其特征在于：還包括由溫度 釬、溫度傳感器與控制臺構(gòu)成的溫度檢測控制設(shè)備化；其中，溫度傳感器具有η個，η > 10， 安裝在溫度釬上；令溫度釬一端至月壤筒內(nèi)模擬月壤的深度位置間作為探測段，η個溫度 傳感器沿溫度釬軸向等間距安裝在探測段上；通過溫度傳感器實時獲取模擬月壤不同深度 處的溫度信號，通過真空罐罐壁上安裝的航空插頭傳輸至控制臺，實現(xiàn)對模擬月壤內(nèi)部的 溫度場變化的檢測。
6. 基于權(quán)利要求1?5所述的模擬真空高低溫月壤環(huán)境裝置的真空高低溫月壤環(huán)境模 擬方法為： Α、模擬月壤干燥除水； 將模擬月壤放入真空干燥箱，在真空干燥箱內(nèi)加熱干燥除水； Β、模擬月壤填充壓實； 將模擬月壤填充入月壤筒內(nèi)，將月壤筒；堅直設(shè)置在三維振動臺上，且在月壤筒上端壓 上配重塊，通過三維振動臺，將模擬月壤振動壓實至密度為1. 9g/cm3 ; C、安裝模擬月壤盛放裝置； 將XY移動平臺B固定在安裝臺上；然后，通過吊車將模擬月壤盛放裝置和安裝臺同時 起吊，放入真空罐內(nèi)；在安裝臺即將與真空罐底面相接觸時，調(diào)節(jié)安裝臺在真空罐內(nèi)的相對 位置，將安裝臺與真空罐底面通過螺栓緊固； D、 真空罐內(nèi)抽真空； 首先開啟預(yù)抽機(jī)械泵，待真空罐內(nèi)真空度接近擴(kuò)散泵的啟動真空度時，啟動擴(kuò)散泵與 工作機(jī)械泵，同時關(guān)閉預(yù)抽機(jī)械泵，直至真空罐內(nèi)壓低于IPa ; E、 低溫冷卻循環(huán)器工作，通過月壤筒筒壁內(nèi)壁上的紫銅管實現(xiàn)深層模擬月壤的制冷； F、 真空高低溫月壤環(huán)境； a、 低溫月壤環(huán)境模擬； 根據(jù)月壤筒內(nèi)盛放模擬月壤深度，在溫度釬上安裝溫度傳感器；隨后，將溫度釬插入模 擬月壤中，并開啟低溫制冷循環(huán)器，對模擬月壤進(jìn)行制冷；根據(jù)溫度釬上鉬電阻傳輸至控制 臺中的溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)低溫制冷循環(huán)器的制冷溫度，至模擬月壤溫度達(dá)到所需值； b、 高溫月壤環(huán)境模擬； 開啟碘鎢燈，調(diào)節(jié)碘鎢燈角度，對模擬月壤表層加熱，用來模擬月表不同時間段的溫 度。
【文檔編號】G01N33/24GK104122381SQ201410323402
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】丁希侖, 張濤, 李京霖 申請人:北京航空航天大學(xué)