[发明专利]一种小型月球环境综合模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种月球环境模拟试验系统，属于测试领域。

背景技术

月球距离地球3.8×10⁵km，其轨道环境与地球轨道环境有很大区别。月球轨道太阳辐射常数为1399W/m²，由于月球表面几乎没有大气(压力低于10^-10Pa)，所以月球表面昼夜温差很大，白昼温度为403K～423K，太阳不能照射到的阴影区和夜晚期间的月球表面温度为93K～113K。月球表面最大温差为330K。月球极轨卫星太阳能帆板温度为180K～360K^[1，2]。月球探测器在月球表面还必须经受电子、紫外、质子等辐射环境以及月尘等环境因素的影响。目前我国在地面开展的月球环境模拟试验基本为单一因素模拟的方法。

单一因素模拟测试方法的主要问题为：

①单一环境因素试验的结果不足以反映月球复杂环境因素的作用状况，其简单叠加的结果同样不能反映综合作用的效应，即单一环境试验不能代替综合环境试验；

②测试精度不高，同一试样在不同环境模拟试验转换过程中需要暴露在地面大气环境中，会对测试结果造成影响；

③试验效率低，每一个试样均需要经过多种模拟试验，浪费大量试验时间。

发明内容

本发明目的提供一种高效、综合的月球环境模拟测试系统。

本发明一种小型月球环境综合模拟系统，包括真空系统、热循环系统、月尘模拟系统、辐射环境模拟系统、监控系统和样品台。其中真空系统包括真空罐、机械泵、分子泵、真空系统保护装置、密封管路和工作台；热循环系统包括石英碘钨灯和真空液氮制冷系统组成，其中，真空液氮制冷系统包括制冷机组和冷屏；月尘模拟系统包括月尘模拟物、 模拟台和卷扬机构；辐射环境模拟系统包括电子枪和氘灯；监控系统由辐射监测器、温度传感器、真空计和电子天平；外围设备为：电源和控制柜。真空系统保护装置包括1个、2个或2个以上的挡板，以及1个、2个或2个以上的栅网，在密封管路与真空罐之间的接口处的密封管路内，以真空罐方向一端为始，依次放置有挡板和栅网，该部分共同构成真空系统保护装置；

本系统的连接关系为：真空罐安置于工作台上，通过一路密封管路经阀门I与机械泵连接，通过另一路密封管路经阀门II和分子泵连接，其中，机械泵和分子泵组成真空系统中的抽气机组；石英碘钨灯、冷屏、月尘模拟系统、电子枪、氘灯及辐射监测器均置于圆柱型的真空罐内部，石英碘钨灯悬挂在真空罐一端的内顶部，冷屏位于真空罐内的左右两端，进一步的，根据需要，冷屏还可以在真空罐内的上下两端放置，或同时在上下左右四端放置；月尘模拟系统位于真空罐内的底部，其中，月尘模拟系统中的月尘模拟物和卷扬机构位于模拟台内，模拟台置于在月尘模拟系统的底部，月尘模拟物将卷扬机构掩埋，将盖板盖在模拟台上；电子枪、氘灯及辐射监测器均置于真空罐另一端的顶部；样品台位于真空罐底部的月尘模拟系统上部，辐射监测器和温度传感器紧贴样品台外侧放置，真空计位于真空罐内部的顶端，不影响其他顶端的元器件的任意位置即可，电子天平位于真空罐底部的月尘模拟系统上部，并与样品台横向平行的位置，石英碘钨灯、月尘模拟系统、电子枪和氘灯与电源连接，冷屏与置于真空罐外围的真空液氮制冷系统中的制冷机组连接，监控系统中的各个部件与真空罐外的控制柜连接；真空抽气机组和电源系统与控制柜连接；通过控制柜完成各种测量信号的采集和储存；

本测试系统工作流程为：

第一步，检查各个系统工作情况是否正常；正常，则接第二步；

第二步，试验样品安放与抽真空过程；a放置并检查试验样品，b将样品安放在试验台上，c检查月尘模拟台盖板是否盖好，d关好真空罐舱门，e打开机械泵电源，打开阀门I，待真空度达到10^-2Pa，关闭机械泵和阀门I；f打开分子泵电源，打开阀门II，待真空度达到10^-4Pa时，开始进行第三步模拟环节；

第四步，模拟过程中，根据具体情况，确定工作过程；

情况一：当需要模拟月球环境时，首先开启热循环系统，当温度达到设定温度时，开启月尘模拟系统，即打开模拟台盖板，接着开启辐射环境模拟系统，之后，进行以下所列情况的试验，并实时采集模拟环境参数以及各类试验数据并通过信号线传输给控制柜；其中该环境分为两种类型：

月尘模拟系统中的卷扬机构启动，模拟探测器登陆时造成的气流或探测器运动时形成的月尘环境，同时，辐射环境模拟系统中电子枪和氘灯根据设定或原始数据积累来调节模拟月球表面的电子辐射和紫外线辐射环境；