[发明专利]火星沙尘暴模拟实验装置及实验方法

说明书

本发明涉及一种火星沙尘暴模拟实验装置及实验方法，所述实验装置包括密闭容器和光电测量装置，所述密闭容器内设有转动件，密闭容器外部设有驱动件，所述驱动件的传动杆穿过密闭容器与转动件连接；所述光电测量装置包括光纤探头以及与光纤探头连接的光电倍增管，光纤探头安装于密闭容器的石英窗片上，光电倍增管位于密闭容器外部。本发明能够实现火星大气气氛和气压控制，能模拟火星表面的沙尘暴，并对模拟的尘暴进行放电次数、放电电场强度和等离子体光谱特征进行在线测量。本发明为真实模拟、检测最大程度符合火星实际情况的物理和化学特性提供了可能，有利于在模拟沙尘暴条件下实现光谱的原位探测分析，对火星探测具有重要的科学意义。

技术领域

本发明涉及火星模拟实验技术领域，具体地说，涉及一种在模拟的火星条件下产生沙尘暴的实验装置及实验方法，用于模拟火星表面的沙尘暴。

背景技术

火星和地球环境差异巨大，研究火星表面的尘暴现象需要在模拟火星环境下(主要是气氛、气压、矿物成分)搭建实验装置。目前我国模拟沙尘暴装置，都是模拟地球环境下的尘暴现象，没有模拟火星条件下沙尘暴装置的报道，也没有测量尘暴放电次数、诱发电场和激发火星大气产生自由基的报道。

火星大气(含有95.5％的CO₂、2.7％的N₂、1.6％的Ar以及其他微量气体)以CO2为主，表面平均压强仅为700Pa，年平均温度为-60℃。尽管火星气压很低，但是火星表面存在比地球更活跃的全球性、区域性沙尘暴(dust storm)和频繁的局部尘旋风(dust devil)。矿物颗粒在沙尘暴和尘旋风中相互碰撞，诱发静电放电现象并激发火星大气。尘暴中的放电现象不仅影响这火星近地面电场和磁场，而且产生大量含氧自由基诱发火星大气和火星表面元素的演化。另外火星尘暴诱发的放电现象，也对人类火星探测、载荷/航天员安全产生重要影响。因此亟需设计一种在模拟的火星条件下实现火星表面沙尘暴的装置及方法，用来研究其物理特征、放电规律、诱发电场和激发大气产生的自由基情况，对火星探测具有重要的科学意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷和不足，提供了一种在模拟火星条件下的沙尘暴模拟实验装置及实验方法，用于模拟火星表面的沙尘暴，并对模拟的尘暴进行放电次数、电场强度和等离子体光谱特征的测量。

为了达到上述目的，本发明提供了一种火星沙尘暴模拟实验装置，包括：

用于盛放矿物颗粒的密闭容器，所述密闭容器内设有转动件，密闭容器外部设有驱动件，所述驱动件的传动杆穿过密闭容器与转动件连接；

光电测量装置，所述光电测量装置包括光纤探头以及与光纤探头连接的光电倍增管，光纤探头安装于密闭容器的石英窗片上，光电倍增管位于密闭容器外部。

进一步的，还包括静电测量装置，包括设置于密闭容器内的静电计和设置于密闭容器外部的静电计控制器，静电计控制器与静电计电连接。

优选的，静电计控制器通过设于密闭容器外壁上的真空法兰与静电计电连接，所述静电计与真空法兰之间、真空法兰与静电计控制器之间均通过静电计数据线连接。

进一步的，还包括波长范围为200-1100nm的高分辨光谱仪，所述高分辨光谱仪位于所述密闭容器外部，并通过光纤与所述密闭容器连接，用于测量沙尘暴中放电时产生的等离子体光谱特征。

优选的，光电倍增管通过光纤与光纤探头连接。

优选的，所述转动件为旋转叶片，所述驱动件为电机，所述电机连接有电机传动杆。

进一步的，所述电机安装于密闭容器的顶部，密闭容器的顶部设有一通孔，所述电机传动杆穿过通孔与旋转叶片连接。

进一步的，所述电机传动杆与所述通孔之间设置有密封件。

优选的，所述密封件为密封胶圈、或密封垫。