[发明专利]模拟月壤的材料

说明书

技术领域

本发明属于登月模拟技术领域，具体来说涉及一种利用一定粒径的粉土和一定粒径的石榴石粉配制而成的模拟月壤用材料。

背景技术

据公开发表的文献统计，迄今为止，国外的模拟月壤主要有美国的JSC-1，MLS-1，MLS-2，MKS-1和FJS-1共五种模拟月壤，以及国内的CAS-1模拟月壤。

JSC-1模拟月壤是由美国国家宇航局(NASA)下属的约翰逊空间中心(JSC)主持研制。JSC-1是一种富含玻璃的玄武岩质火山灰，经简单加工而成。

MLS-1模拟月壤由美国明尼苏达大学研制。MLS-1模拟月壤的初始物质为穿越德卢斯(Duluth，属明尼苏达州)北美中大陆断裂(Mid-Continent Rift)的苏必利尔湖(Lake Superior)北岸年龄为10亿年左右的富钛结晶质玄武岩露头。经粉碎、研磨成粒径小于1mm或更细的颗粒，取其中一部分经ISSP(In-flightSustained Shockwave Plasma Reactor)技术迅速升温加热烧结处理，以模拟月表陨石撞击过程，最终生成玻璃物质。将玻璃物质与玄武岩粉末以1∶3(质量比)混合，配制成的MLS-1模拟月壤含有25％(也可根据需要配制其它玻璃含量的模拟月壤)的玻璃，可与月壤中10％～80％的玻璃相比拟。

MLS-2模拟月壤是一种月球高地月壤模拟物质，为德卢斯北美中大陆断裂的斜长岩经粉碎、研磨过筛制成，主要矿物相为An＝80的斜长石，含有极少量含水矿物。MLS-2比MLS-I含有更高的SiO₂和更低的Ti，同时含有较高的Al。

MKS-I和FJS-I模拟月壤由日本清水株式会社(Shimizu Corporation)的空间和机器人系统部研制，初始物质为玄武质熔岩，经粉碎加工后与Apollo 14采样点月壤具有相似的化学成分、粒度分布和力学性质，且同为低钛玄武岩质。

中国科学院地球化学研究所郑永春等以Apollo和Luna各次登月采样点月壤的平均化学组成和平均矿物和玻璃组成为系列化模拟月壤研制的参考标准，借鉴JSC-1模拟月壤的研制经验，提出了以吉林靖宇碱性玄武质火山渣为初始物质研制的CAS-1模拟月壤，其主要成分跟Apollo 14登月点宇航员采集的月壤样品的平均化学组成相似。

虽然到目前为止，总共研制有上述6种模拟月壤，主要是以Apollo 11和Apollo14两个登月采样点的月壤为目标进行模拟的，其它Apollo和Luna采样点还没有任何模拟月壤提出。这些模拟月壤的内摩擦角大于等于45°，适于在月球着陆器着陆冲击模拟试验场中用作内摩擦角较大的模拟月壤，但并不适用于月面巡视探测器模拟月面试验场所需要的内摩擦角中等偏小的模拟月壤(典型月壤在0～60cm深度范围内的平均内摩擦角为48°～51°)。而对于月面巡视探测器移动性能试验所需的模拟月壤试验场，应根据月面巡视探测器移动性能与模拟月壤力学性质的关系，针对月球表面月壤物理力学性质随地理位置不同而有较大变化的特点，从偏于安全的角度出发，需要适当偏松、内摩擦角中等偏小的模拟月壤。基于此，寻求一种适用于月面巡视探测器模拟月面试验场所需要的内摩擦角中等偏小(不大于40°)的模拟月壤非常必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内摩擦角中等偏小的模拟月壤材料，该材料适用于月面巡视探测器模拟月面的试验场中。

本发明的模拟月壤材料，以材料的总重量计，包含有以下重量百分比的组分：

粒径小于5mm的干粉土    60％-95％

粒径小于5mm的石榴石粉  5％-40％

上述模拟月壤材料中，干粉土的重量百分比优选为60％-80％。更优选80％，粒径优选为小于2mm；石榴石粉的重量百分比优选为20％-40％，更优选20％。粒径优选为小于2mm。

其中，模拟月壤材料的填筑干密度为1.45-1.70g/cm³，对应的内摩擦角在40°左右，优选37-40°。

与现有模拟月壤相比，本发明的模拟月壤的填筑干密度为1.45-1.70g/cm³，对应的内摩擦角在40°左右，可以满足月面巡视探测器模拟月面试验场的需要。能够满足月面巡视探测器模拟月面试验场模拟内摩擦角中等偏小的月球土壤的要求，而且粉土和石榴石原材料容易获得，易于加工，价格低廉。

附图说明

图1为粉土和灵寿石榴石粉的粒径级配曲线。

图2为100％粉土直剪试验正应力与剪应力关系图。