月面钻进真空环境模拟装置的设计与验证

《月面钻进真空环境模拟装置的设计与验证》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2016年11月北京航空航天大学学报November2016第42卷第11期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．11http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0669月面钻进真空环境模拟装置的设计与验证丁希仑+，刘舒婷，张涛(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083)摘要：探月工程(三期)项目提出了在月面进行至少2m深度的钻取采样任务，前期需要在地面进行模拟月面钻进过程热特性的研究，为此

2、本文发明了一套月面真空环境模拟装置。根据模拟月壤钻进试验的要求，设计了一种可从底部抽气的三段式可多次拆装的真空罐结构。考虑到模拟月壤的颗粒大小和快速抽真空的要求，设计了一种筛网状具有多层过滤结构的月壤筒。根据在真空度不变的条件下可进行连续多次钻进试验的要求，设计了可从外部操作的具有缺齿结构的月壤筒转动机构。由真空度要求和可耐粉尘的特性要求，选取了三级扩散泵组。实验表明，在不放置模拟月壤的情况下，本环境模拟装置中的真空度可达10。1Pa，在放置模拟月壤的情况下，真空度可达7Pa，能够满足模拟月面钻进过程热特性试验的要求。此外，通过测量抽真空过程中真空度随时间的变化情况还得出了模拟月壤出气量曲线

3、，对模拟月壤真空系统的实验应用具有重要价值。关键词：真空装置；环境模拟；钻进试验；模拟月壤；真空实现；动密封中图分类号：V524．3；TB771文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)11-2271-08探月工程(三期)项目的任务为发射无人月面着陆器，在月面进行钻取和采样工作，并将采集到的月壤样品带回地球⋯。为了保证钻取机构的可靠性，需要在地面开展一系列模拟月面钻进过程的热特性试验研究。由于近月空间和月面环境中，真空度高达10“1Pa旧1，此高真空环境中，月壤导热性差、热导率低和密实度高等特点会对钻进过程热特性试验的结果产生较大影响。因此，钻进试验需要在一个模拟月面的真空环境中

4、进行¨1，以选择合理的钻进策略和安全钻进的临界条件。目前，国外普遍采用全比模型分析法来检验机构，苏联将整个采样器放置在月球环境模拟器中观察其工作状况，此研究方法对环境模拟器的空间和采样器的真空适应性要求较高¨1。美国国家航天局(NASA)的Fountain和West¨1将少量模拟月壤置于真空度达1．33×10“Pa的离子泵真空系统中来研究模拟月壤的热导率。美国肯塔基大学的Cremers等¨1将6gApollo12月壤样品置于直径为300mm、高为400nlm的不锈钢真空室内进行热导率相关实验，真空环境可达10“Pa，由分子泵实现。以上2个真空系统均需要严格控制粉尘污染，真空室内只能放置少量模

5、拟月壤，无法满足深层钻进试验的要求。美国喷气推进实验室Bernett等¨。通过实验发现真空环境对细粒橄榄玄武岩热导率有很大影响，其实验所用的真空室采用玻璃制成，直径为304．8mm，真空环境可达6．6×10一Pa，由口径为100mm的扩散泵组实现，但是由于真空室体积较小，无法容纳过多的模拟月壤。美国Honeybee实验室将其研制的LunarVader钻取采样装置放置在真空环境中进行性能测试，真空室的长宽各1m、高3．5m，内置1m长的细长圆柱体模拟月壤，模拟月壤掺收稿日期：2015．10．16；录用13期：2015—11-20；网络出版时间：2015-12-1711：33网络出版地址：WWW

6、．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20151217．1133．018．html}通讯作者：Tel．：010-82338005E-mail：xlding@buaa．edu．cn引用格式：丁希仑，刘舒婷，张涛．月面钻进真空环境模拟装置的设计与验证口J．北京航空航天大学学报，2016，42(11)：2271—2278．DINGXL．LIUST，ZHANGT．Designandverificationofvacuumenvironmentalsimulationdeviceforlunarsurfacedrilling【

7、]．JournalofBeOingUnivers

8、ityofAeronauticsandAstronautics．2016，42tl1)：2271—2278(inChinese)．2272北京航空航天大学学报2016年满水后压实冻结，钻进深度达750mm，真空度可维持在853Pa¨1，该试验中模拟月壤需要为掺水状态，与真实月壤参数有较大不同，且真空室内真空度过低。中国哈尔滨工业大学崔金生等po在真空环境中进行钻进试验，钻进深度不超过50mm，真空环境采用旋片