[发明专利]一种月球土壤采集装置及模拟采集装置

说明书

技术领域

本发明属于探月工程中的月壤采集、开挖领域，涉及一种气动采集、开挖和输送月球土壤采集装置和一种月壤模拟采集装置。

背景技术

目前，世界范围内正在进行着第二次探月热潮。欧洲、俄罗斯、日本、印度和中国等国相继宣布了自己的登月计划。我国目前正处于“嫦娥工程”探月计划的第二阶段，即“绕月阶段”，工作的重点仍集中在突破绕月探测关键技术、月球软着陆及自动巡视勘察技术等。未来的第三阶段主要完成月面钻探取样并返回地球的任务，整个嫦娥工程计划于2017年前后完成。2009年发布的《中国至2050年空间科技发展路线图》，明确了我国2050年之前的空间探测任务，即2030年左右实现载人登月，2040年左右建立短期有人值守的月球基地。

开展月球探测，利用月球资源，建设月球基地，不可避免的要采集、开挖和输送月壤。然而，由于受月球复杂环境的制约，如高真空、强辐射、剧烈昼夜温差、潜在的陨石撞击、月壤的高吸附性和摩擦性等，采集、开挖和输送工作将面临十分艰巨的挑战。月壤的采集、开挖和输送问题已经成为我国未来月球探测活动迫切需要解决的瓶颈之一。目前国内外提出的开挖方法主要有常规重力式设备法、钻探法和炸药爆破法三种。常规设备因运载火箭能力所限，一般尺寸小，效率低，且难以克服月壤强吸附性和高摩擦性的难题，容易产生机械故障。而在月球早期开发阶段，未充分利用月球资源合成炸药之前，使用从地球运输的炸药在技术和经济上都存在较大困难。钻探法虽能获得一定深度的月壤，但是其效率十分有限，不能应用于大规模的采集、开挖和输送。

发明内容

本发明的目的在于提供一种月球土壤采集装置以及月球土壤模拟采集装置，月球土壤采集装置利用了压缩气体在高真空环境中体积迅速膨胀带来的高效率，可准确快速的实现月壤的采集，月球土壤模拟采集装置通过模拟月球上的高真空环境，精确控制压缩气体的压力、流量、频率和时长，可用于设计及优化探月工程中的月壤采集及开挖设备。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

本发明公开了一种月球土壤的采集装置，包括气体调节与测量模块，月壤采集、开挖与输送模块以及数据采集与控制模块，所述气体调节与测量模块分别与所述数据采集与控制模块以及所述月壤采集、开挖与输送模块相连，气体调节与测量模块接受所述数据采集与控制模块的控制为所述月壤采集、开挖与输送模块进行配气以提供动力，所述月壤采集、开挖与输送模块用于月壤的开挖和运输以及收集。

所述数据采集与控制模块包括计算机、可编程控制器、A/D及D/A转换模块以及控制开关，A/D及D/A转换模块插至可编程控制器上；可编程控制器经由数据线与计算机连接；控制开关与可编程控制器连接。

所述气体调节与测量模块包括依次连接的气体钢瓶、双极调压阀、精密调压阀、气体质量流量计、节流阀以及电磁脉冲阀，所述气体钢瓶作为气源使用，其内装有压缩气体，所述双极调压阀用于粗调气体钢瓶提供的气体压力值；所述精密调压阀用于微调经过双极调压阀调制的气体压力值，所述气体质量流量计用来测量从精密调压阀出来的气体的压力值与气体质量流量，并经由数据线将测量信息传输到计算机处理；所述节流阀用来控制从气体质量流量计出来的气体流量；所述电磁脉冲阀通过电线及控制开关与可编程控制器连接，所述插有A/D及D/A转换模块的可编程控制器控制电磁脉冲阀进行脉冲形式，控制开关控制电磁脉冲阀的开闭。

所述月壤采集、开挖与输送模块包括挖掘管、集土箱、连接所述挖掘管与所述集土箱的输土软管以及进气通道，所述进气通道一端经由软管与所述电磁脉冲阀相连以接受所述气体调节与测量模块提供的气体，另一端设于所述挖掘管上以为所述月壤采集、开挖与输送模块进行配气，所述输土软管为土壤提供运动通道，所述集土箱用于收集月壤。

所述气体调节与测量模块中，所述精密调压阀、气体质量流量计、节流阀、电磁脉冲阀均设有气体快速接头，四者通过软管依次连接，所述双极调压阀通过螺丝拧在气体钢瓶上，精密调压阀的另一端也通过螺丝连接在双极调压阀上。

所述的气体质量流量计的读数时间在10ms以内。

所述的电磁脉冲阀具有20ms以内的响应时间和5次/秒以上的动作频率。

所述月壤采集、开挖与输送模块中，所述进气通道包括配气环箍以及若干进气管，所述配气环箍粘附在挖掘管中间段的管壁外侧，所述配气环箍外侧对应所述连接电磁脉冲阀的软管开有一小孔，所述配气环箍内侧对应所述进气管开有若干小孔，所述进气管沿挖掘管内管壁布置，进气管底部高于挖掘管底部3-5cm。