月壤

摘要： 根据月球极区的环境和工况,分析了科学探测仪器对月壤样本的实际需求,提出一种将采样与挥发分提取相耦合的挥发分制备方法。通过设计一种采样片,完成月壤的微定量采样,多个采样片串联装于采样管内组成采样器。采样后将采样片置于提取装置中加热,以感应加热的方式间接加热内部的月壤,完成挥发分制备。针对地外天体采样功能需求,对采样器和采样片工作原理和关键结构参数进行了设计,开展了拟实环境下的月壤微量采样性能验证试验,结果表明月壤含水率越低,采样量越接近目标值;初步加热试验表明该方案能够在指定功率下将采样片加热至目标温度。可用于未来的深空探测挥发分原位分析。

摘要： 月球是太空探测活动研究最多的星球,是外星资源利用和生命探索的研究对象,月壤中有丰富的长石、钛铁矿和克里普岩等,利用现有的冶金技术可从中提取金属和氧气.本文总结热还原、高温分解、熔盐电解、湿法冶金和生物冶金等技术处理月壤提取金属和制备氧气的研究进展,分析各种方法的优势和短处,总结了未来月球冶金需要解决的技术难题和发展方向.结合已有的工作,提出铝热还原-惰性阳极熔盐电解法,在氟化物熔盐中溶解月壤和金属铝,使二者在熔盐介质中进行还原反应,并用惰性阳极电解,从月壤中提取到金属和制备氧气.通过处理明尼苏达大学月壤仿真样MLS-1和东北大学月壤仿真样NEU-1,获得Al-Si-Ti-Fe合金、金属铝和氧气,验证了方法的可行性.

摘要： 如果人类要生存下去,基本的需求是空气、水和食物。其中空气是排在第一位的,因为人类缺氧几分钟就会死亡。因此,人类移民外星的第一要务是解决氧气短缺的问题。科学家认为,人们可以用外星土壤来制造氧气。近年来,美国和欧洲研究人员在这方面的研究有所突破,他们已经发明出独特的造氧机,可以利用类似月壤的火山灰制造氧气。

摘要： 5月出版的《通讯·生物学》杂志发表一项太空生物学实验,科学家研究了植物在月球上生长的可行性,表明与在地球火山灰中相比,拟南芥(一种产于欧洲和非洲的开花植物)植株在月球土壤样本中的生长速度较慢,并表现出更多应激迹象。这些月壤是阿波罗任务中收集的样本。科学家指出,这些发现表明为了让植物能在月球土壤中有效生长,对植物和月壤的相互作用还需进一步研究。

摘要： 近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所、航天五院钱学森实验室、中国科学院物理研究所和南京大学等联合团队,对端娥五号月壤颗粒中的氨原子进行了探测和研究。发现月壤中钛铁矿颗粒表面都存在一层非晶玻璃。研究人员在玻璃层中观测到了大量的氮气泡,直径为5~25nm,且大部分气泡都位于玻璃层与晶体的界面附近。而在颗粒内部晶体中,基本没有氮气泡。

摘要： 中国科学院地质与地球物理研究所博物馆珍藏一件阿波罗(Apollo)月壤样品,但其身世一直不清。根据获得的颗粒组成、形貌、粒度及成分等多方面资料,它属于阿波罗11号样品无疑,确切的样品编号应该是10084。推测该样品可能是1971年春季“乒乓外交”时期,美国政府赠送给中国的礼品。通过进一步的梳理发现,我国目前保存有多件阿波罗月球样品。具体包括中国科学院地质与地球物理研究所博物馆的阿波罗11号(10084)、中国台中自然博物馆的阿波罗11号(10085)、中国国家博物馆的阿波罗12号(12001或12070)和北京天文馆的阿波罗17号(70017),以及浙江省和上海市可能保存的阿波罗15号。目前不排除在民间或其它机构,有少量其它月球样品的保存。这些样品是20世纪70年代中美两国外交关系发展的见证,具有重要的史料价值。结合我国嫦娥五号返回的样品,这些月球样品对我国科学家研究月球的形成演化提供了极为重要的参考对象,因而也具有重大的科研价值。

摘要： 中国科学院地质与地球物理研究所博物馆珍藏了一份阿波罗月壤样品(编号E21),但具体来自哪一次任务返回样品并不清楚。为了对该样品进行溯源,本文开展了初步的岩石学研究。结果显示,该样品由玄武岩岩屑、角砾岩屑和玻璃珠组成,其中玄武岩岩屑的矿物组成、结构和成分与月海玄武岩高度相似,且钛铁矿含量(平均~14.8vol%)、全岩(平均~10.5%TiO_(2))以及富Mg橄榄石的Ti含量(平均Ti~1000×10^(-6))均显示为典型的高Ti玄武岩特征。结合较低的高地物质比例,以及部分玄武岩K_(2)O含量偏高的特点,可以推断E21号月壤来自阿波罗11任务返回样品。此次研究还发现两颗来自高地镁质岩套岩屑,全岩和矿物化学成分指示其为苏长岩。玄武岩岩屑的橄榄石微量元素特征表明,高Ti玄武岩的母岩浆具有较低的Ni、Cr和P含量,这一特征可能反映其源区物质相对亏损这些元素,或在形成过程中有低Ni、Cr组分混入。E21月壤对探究月球早期演化历史以及嫦娥五号月壤研究均有重要意义。

摘要： 本文报道对中国科学院地质与地球物理研究所博物馆珍藏的一件阿波罗月壤样品(E21)进行的玄武岩岩屑定年工作。受限于岩屑大小,不能采用前人对阿波罗样品中大岩屑构建常规Pb-Pb等时线来定年的方法,我们采取了以单个含锆矿物(斜锆石、钙钛锆石和静海石)颗粒来限定玄武岩岩屑年龄的技术方案。首先通过μ-XRF的X射线的穿透性来遴选出具有含锆矿物的岩屑,再制作树脂样品靶后精细抛光,在扫描电镜下利用Zr元素的x-射线面分布图来定位暴露到表面的含锆矿物,再以离子探针3μm小束斑加Pb信号多接收的分析技术来获得Pb同位素组成以计算年龄。共识别出4个年龄组分的岩屑,分别为3570±14Ma、3700±8Ma、3850±5Ma和3900±12Ma。其中前三个年龄与前人报道的阿波罗11号月壤中玄武岩年龄分布一致,是判定该样品为阿波罗11号月壤样品的重要证据。~3900Ma岩屑为新发现组分,据长石成分An=93,辉石Mg^(#)~79判别为苏长岩。此外,根据主矿物Pb同位素分析,绝大多数玄武岩岩屑落在~3570Ma的Pb-Pb等时线上,指示该期次玄武岩为阿波罗11号采样区域最主要火山活动事件,这对于撞击坑统计定年曲线上的年龄选择给出了依据。

摘要： 为研究太阳风成因水在月表低纬度地区的分布特征,本文对中国科学院地质与地球物理研究所博物馆珍藏的一份Apollo 11月壤样品开展了单颗粒原位纳米离子探针H同位素和水含量深度剖面分析。结果表明月壤颗粒表层(<200nm)具有较高的水含量(剖面最大水含量变化范围为0.35%~1.59%,平均值为0.82%),该结果与前人对Apollo样品的报导类似。除一颗斜长石的H同位素组成(δD=-262‰)落在月幔范围内,其余颗粒表层均非常贫D(δD变化范围为-987‰~-642‰)。该强烈贫D的同位素组成与太阳风一致,完全不同于地球大气水,不仅证明这些样品的月球来源,并且主要是太阳风注入的贡献。矿物颗粒之间的水含量和δD值变化,很可能与太阳风注入后的扩散丢失程度不同有关。另外,我们观察到橄榄石、单斜辉石和长石的水含量剖面比较类似,整体呈现随深度逐渐递减的趋势。相比之下,玻璃质颗粒的水含量剖面呈现随深度先上升再降低的峰形特征,峰位在25~43nm深度。这两者之间的差异很可能跟H在矿物和玻璃中的扩散速率、辐射损伤层等的差异有关。本项研究也证明,即使对于H这样易于受地球污染的元素,在普通条件下(北京、瓶中密封)经过长达50多年的时间,仍能很好地保存注入月壤颗粒中的太阳风信息。但是低温、干燥和真空/惰性气体环境仍是长期保存的有利条件。

摘要： 9月9日,我国宣布在月球样品研究中发现了“嫦娥石”,这也是在月球上发现的第六种新矿物。其实,近年来月壤研究已经带给人们很多惊喜,比如出乎预料的水资源,还有氢-3等新能源更简易的提取方法,另有月壤特殊的建筑用途等。随着相关成果不断涌现,助力人类飞向月球的航天技术也取得进展,足以让人们对未来建设月球基地、开发月球的前景充满期待。

摘要： 月表物质组份是月质学、月球起源、演化等科学研究必需的重要信息.光学遥感技术是月表物质组份探测的主要技术之一,月壤光谱特征及机理研究是基础.目前,Apollo、Luna月壤(岩)样品光谱是光学遥感月表物质份探测、月壤光谱机理研究的主要依据.然而,由于登月点有限,Apollo、Luna月壤(岩)样品光谱难免存在"以偏概全"的问题,且月壤光谱是月壤矿物组成及含量、空间风化、粒度、观测几何条件等因素综合作用与影响的结果,采用实测光谱难以开展机理性研究.项目基于多次散射二流近似Hapke矿物辐射传输模型,开展了基于多角度反射光谱的矿物光度参数反演、基于Hapke模型的月壤光谱模拟、月壤模拟光谱的可靠性评价、月壤模拟光谱的应用4个方面的研究,构建了月壤光谱高精度模拟方法,开发相关软件模块,模拟计算了2套月壤光谱数据集(共计60余万条光谱),基于LSCC月壤光谱测试数据对模拟的可靠性进行了评价,最后基于模拟的光谱,对广泛应用的月表化学成分反演的"光谱角度参数法"的适用性、机理进行了分析.

摘要： 研究土体与开挖设备间的相互作用对于优化开挖设备设计,进而减小开挖阻力和能量消耗有重要意义.首先,通过引入月壤模型到离散元商业软件中模拟地面环境下休止角试验,并与TJ-1模拟月壤室内试验进行对比,确定了一组能够用于模拟机械-土壤动态作用问题的阻尼系数,同时考察了重力对休止角的影响.在此基础中,进行了月壤开挖试验的离散元数值模拟,分析了开挖过程中开挖阻力、能量消耗、土压力分布及墙前土体的破坏模式.结果表明:当接触点法向、切向阻尼取0.4时,休止角试验数值结果与室内试验结果符合较好,重力场对休止角的大小无明显影响;开挖试验过程中推剪阻力先随推剪位移增加至峰值,而后下降并趋于稳定,此时土压力由静止土压力分布转变为被动土压力分布;随推剪位移继续发展,推墙前方土体堆积,推剪阻力又缓慢增长,此时土压力分布开始不与推剪深度成正比.能量消耗随推剪位移增加而增加.推墙前方土体破坏面为直平面,且受扰动土体范围随推剪位移增加而缓慢增加.

摘要： 本文通过对Lichtenberg撞击坑及其周围区域低成熟度撞击坑坑底和坑壁位置的光谱分析，进行该区域月壤下伏玄武岩的组分识别、单元划分并根据地形数据计算其厚度。

摘要： 本研究基于嫦娥二号卫星CELMS数据和基于LOLA数据得到的月表坡度和粗糙度数据，评估地形对月壤微波热辐射的影响。总体上，正午和凌晨时刻亮温与月表坡度和粗糙度的对应关系关不明显，表明坡度和粗糙度都不是月壤微波热辐射的决定性因素。而在中高纬度的月陆地区，正午时刻月表亮温分布呈现明显的地形特征;在Tycho撞击坑、Jackson撞击坑等表面粗糙度较大的地方，出现明显的高亮温异常，表明月表坡度和粗糙度都是月壤微波热辐射的重要影响因素。

摘要： 月壤污染对探月航天器的可靠性有重要影响，造成航天器表面传感器和敏感器件的污染，甚至导致传感器失灵。采用CFD 方法计算发动机喷流流场, 并对月壤颗粒进行受力分析，利用DPM 模型计算流场中月壤颗粒的运动轨迹，比较月面坑边缘和发动机下降不同高度产生的喷流流场对月壤颗粒运动的影响，得出月壤颗粒运动轨迹图与月壤颗粒运动轨迹与月面水平方向所成角度图。结果表明：月壤颗粒在高速喷流场的作用下，月面坑边缘的颗粒较平坦月面的月壤颗粒易于扬起，且上扬角度和运动垂直位移均较大。研究结果可为探测器在着陆过程中减小月壤颗粒污染提供了理论依据。

摘要： 以典型月壤的物理力学性质为参照标准,采用Dytran软件对月壤动力学特性进行模拟研究.阐述了用Dytran软件建立有限元模型的优越性,介绍了建模方法,本构模型的选择,月壤参数的确定。计算结果表明,该模型的预测结果符合物理规律,从而证明了模型的有效性。

摘要： 在考虑月壤辐射换热的前提下,数值模拟了由探针和月壤组成的多层介质内二维非稳态传热过程,通过反演得到的月壤温度响应曲线可求得月壤的导热系数。本文主要探讨加热探针的长度、直径和加热功率等因素对测量结果的影响,并初步确定了探针间距.受月壤深度方向上温度梯度的作用,分析了不同初温下响应探针的温度扰动情况。模拟结果表明,由于月壤弱导热性的影响,当探针间距13mm,加热功率为0.03W/mm时,10min的测量时间内产生8K的温度响应。

摘要： 在考虑了月表辐射的条件下,分析了由探针和月壤组成的多层介质内的二维非稳态导热问题。数值模拟该辐射和导热所构成的耦合传热模型,采用非均匀化网格及调和平均等方法,具体探讨了因探针而引起的温度扰动,并验证了探针所表征的月壤温度的可信度。模拟结果表明,因初始条件不同,探针插入时和月壤间互有影响,但探针对月壤的影响范围及时间有限。随着时间的推移,探针的温度逐渐趋于月壤的温度。尽管探针本身有较好的导热性能,但受相邻月壤温度梯度的影响,探针在深度方向上仍存在一定的温差,可体现月壤的温度分布。

摘要： 文章介绍了月面巡视探测器室内试验场建设过程中,有关月面典型地形地貌环境模拟的初步工作.对照真实月壤的物理机械性质,重点讨论了关于利用火山灰等模拟月壤的初步方案,为今后深入研究月面地形地貌和月面巡视探测器的地面试验进行了有益的尝试.

摘要： 我国的月球探测工程对机器人化采样器有明确需求，为提高已研制的具有六自由度的机器人化月表采样器控制系统的智能水平，本文基于ARM微处理器核Linux系统设计了一套采样器分布式控制系统设计方案。系统采用Samsung公司的ARM920T芯片S3C2440作为主控MCU，实现了嵌入式平台下的采样器智能控制系统的搭建，并进行了实验验证。

摘要： 本发明提供了一种用于月壤水分提取的一体化取样机构及月壤水分提取方法，该取样机构包括电机、与电机连接的减速器、套筒、钻杆、钻杆进给驱动组件、月壤临时容器、适应单元、以及机架。本发明解决了适用于对含水月壤进行高效取样和输送，并将其中的水分进行蒸发以供提取和利用的取样加热一体化。该取样机构在使用钻杆的外螺旋将钻头破碎所得到的含水月壤碎屑向上输送的同时，同步加热月壤并使其中的水分汽化，水蒸气可以被收集起来，用作各种用途，且取样机构能够适应月面起伏不平的地形。

摘要： 本发明公开了一种用于月面巡视器地面行走试验的月壤月貌模拟系统，包括模拟月壤水平区、模拟月壤坡道区、模拟月坑，模拟月岩以及综合模拟月面区，这些区域均采用模拟真实月壤力学性能的模拟月壤来构建。也公开了一种该系统的构建方法。与现有技术相比，本发明针对巡视器的需求，采用了不同粒径大小配比的同质材料火山灰的模拟月壤，基本覆盖了目前我们所了解到的真实月壤粒径统计范围，同时通过逐层压实的方法完成场地面积约800m

摘要： 本发明提供了一种模拟月壤/月尘中纳米‑亚微米级单质铁的制备方法，包括以下步骤：(1)将模拟月壤CLRS‑2与石墨片装入坩埚中，控制模拟月壤CLRS‑2与石墨片的质量比为(26～27):1；(2)将所述坩埚置于高温气氛炉中，对高温气氛炉抽真空后通入氩气；(3)将高温气氛炉加热至1550～1600°C，并在该温度保温3.5～4h；(4)保温结束后，立即将坩埚中的反应产物置于水中进行淬火处理，即得含纳米‑亚微米级单质铁的模拟月壤/月尘。本发明制备的产物的成分接近真实月壤/月尘，其中的单质铁的粒径不超过300nm，也与真实月壤/月尘中单质铁的粒径接近，同时该方法工艺简单、生产过程安全、不引入杂质、可以批量生产，能更好地满足工程试验的需求。

摘要： 本发明公开一种月壤采集机器人及月壤采集系统，月壤采集机器人包括基座、钻壤装置、采样装置及底盖，钻壤装置包括活动安装于基座的连接部，连接部具有沿上下向升降、以及沿上下向轴线旋转的活动行程；采集装置包括设于钻壤装置下方的筒体，筒体沿上下向贯设有容置腔，容置腔的内腔壁沿其周向间隔布设有多个安装位，至少一安装位用于安装钻杆，筒体相对基座沿上下向轴线可水平旋转设置，以能够带动钻杆转动至连接部的下方，供连接部下降至容置腔内后连接；底盖能够打开和关闭容置腔的下端口。本发明提供的技术方案能够实现月壤的原样采集与密封。

摘要： 本发明提供了一种用于月壤水分提取的一体化取样机构及月壤水分提取方法，该取样机构包括电机、与电机连接的减速器、套筒、钻杆、钻杆进给驱动组件、月壤临时容器、适应单元、以及机架。本发明解决了适用于对含水月壤进行高效取样和输送，并将其中的水分进行蒸发以供提取和利用的取样加热一体化。该取样机构在使用钻杆的外螺旋将钻头破碎所得到的含水月壤碎屑向上输送的同时，同步加热月壤并使其中的水分汽化，水蒸气可以被收集起来，用作各种用途，且取样机构能够适应月面起伏不平的地形。

摘要： 本发明公开了一种用于月面巡视器地面行走试验的月壤月貌模拟系统，包括模拟月壤水平区、模拟月壤坡道区、模拟月坑，模拟月岩以及综合模拟月面区，这些区域均采用模拟真实月壤力学性能的模拟月壤来构建。也公开了一种该系统的构建方法。与现有技术相比，本发明针对巡视器的需求，采用了不同粒径大小配比的同质材料火山灰的模拟月壤，基本覆盖了目前我们所了解到的真实月壤粒径统计范围，同时通过逐层压实的方法完成场地面积约800m

摘要： 本发明涉及一种适用于月面环境的低能耗的模拟月壤固化成型装置及方法，装置包括光路模块、试验平台、筛粉器、铺粉器、可升降底座，冷却装置；所述的试验平台上方为粉床，粉床上设置聚光熔融区域，该区域通过可升降底座调节与粉床之间的高度差；所述铺粉器内用于盛装所述的模拟月壤原材料；该原材料经筛粉器过滤，并经由安装在筛粉器前端的铺粉喷嘴将原材料均匀铺在所述的聚光熔融区域；所述太阳光光源矩阵用于模拟月面上的太阳光；所述光路模块用于将太阳光光源矩阵发出的平行光束进行汇聚，并改变汇聚光束的传播方向使其聚焦在所述的聚光熔融区域；所述冷却装置用于对熔融后的月壤原材料硬化后进行冷却。

摘要： 本发明公开了一种月面原位月壤聚光熔融成形打印铺粉装置及方法，该装置包括：丝杠电机、丝杠电机输出轴、丝杠电机座、丝杠螺母、第一连接件、固定底座、第二连接件A/B、驱动机构A/B、刮刀连接板、刮刀、高透光玻璃A/B和紧固螺钉；丝杠电机和丝杠电机座分别固定在固定底座的两端；丝杠电机输出轴的两端分别连接丝杠电机和丝杠电机座；丝杠螺母安装在丝杠电机输出轴上；第一连接件与丝杠螺母连接固定；驱动机构A、驱动机构B和刮刀连接板分别与第一连接件连接；高透光玻璃A/B通过第二连接件A/B与驱动机构A/B连接；刮刀安装在刮刀连接板底部。本发明克服了月面低重力极端环境及月壤自身异形等特性带来的月壤原位建造铺粉难题。

摘要： 本发明提供了一种模拟月壤/月尘中纳米‑亚微米级单质铁的制备方法，包括以下步骤：(1)将模拟月壤CLRS‑2与石墨片装入坩埚中，控制模拟月壤CLRS‑2与石墨片的质量比为(26～27):1；(2)将所述坩埚置于高温气氛炉中，对高温气氛炉抽真空后通入氩气；(3)将高温气氛炉加热至1550～1600°C，并在该温度保温3.5～4h；(4)保温结束后，立即将坩埚中的反应产物置于水中进行淬火处理，即得含纳米‑亚微米级单质铁的模拟月壤/月尘。本发明制备的产物的成分接近真实月壤/月尘，其中的单质铁的粒径不超过300nm，也与真实月壤/月尘中单质铁的粒径接近，同时该方法工艺简单、生产过程安全、不引入杂质、可以批量生产，能更好地满足工程试验的需求。

摘要： 本实用新型公开了一种用于月坑中月壤资源的3D打印设备,包括：行走装置，月壤开采装置，安装于所述行走架上，用于开采月壤；土壤破碎机，安装于所述行走架上，所述月壤开采装置开采月壤后将所述月壤转运至所述土壤破碎机，由所述土壤破碎机进行物料处理；3D打印执行部；菲涅尔透镜，固定安装于所述3D打印执行部的上方，所述菲涅尔透镜聚焦于打印平台；固定安装于所述行走装置外部的第一反射镜及固定安装于所述行走架或所述3D打印执行部上的第二反射镜。该3D打印设备可用于月球的月坑中，利用月球上的现有资源进行3D打印作业，实现原位资源利用，进而解决了建造永久基地所需物资必须从地球制造、运输等成本和周期问题。