[发明专利]一种用于真空环境中的模拟月壤加热制冷系统设计

说明书

本发明公开了一种用于真空环境中的模拟月壤加热制冷系统设计，包括加热装置和制冷装置，整个加热装置和制冷装置的内冷却循环部分置于真空容器内；加热装置位于月壤筒上部，包括灯罩安装架、碘钨灯罩、碘钨灯、灯罩调节机构；制冷装置包括月壤筒、冷却盘管、盘管固定片、低温止回阀、低温截止阀、内部低温软管、低温密封结构、外部低温软管、低温制冷循环机；本发明可用于真空环境中，与真空系统有相匹配的密封接口，整个装置对真空系统的真空度影响很小。

技术领域

本发明涉及一种用于真空环境中的模拟月壤加热制冷系统设计，该系统模拟月球表面月壤的温度环境，可用于研究月壤钻取试验的研究，属于空间资源探测技术领域。

背景技术

探月工程(三期)项目的任务为发射无人月面着陆器，在月面进行钻取和表面采样工作，并将采集到的月壤样品带回地球。为了完成钻取和采样任务，需要设计钻取机构，并进行一系列钻取性质研究，为探月工程(三期)项目的任务提供相关知识储备，以保证机构的安全可靠性。

月球白天受太阳直接照射，辐照度高达1358W/m²，极限温度可达150℃；午夜几乎不受太阳照射，辐照度降为0，极限温度可达-180℃。月球表面较大的昼夜温差造成白天月球表面温度高，而300mm以下温度则很低的温度分布特点。

月壤的物理特性与钻进过程中钻具的热特性密切相关，会影响钻具的切削性能及采样质量。而月壤的物理性质如热导率、比热容等都与温度密切相关，月球表面特殊的温度分布环境造成月壤的物理性质与在地面常温环境时有较大差别。

因此，需要设计一种模拟月壤加热制冷系统，使模拟月壤的温度分布接近月球表面情况，在此模拟月壤中进行月面钻进过程热特性试验研究，以获得更接近事实的数据，识别苛刻工况中的风险，确定合理的钻进策略和安全钻进临界条件。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种可用于真空环境中的模拟月壤加热制冷系统。该系统可以实现模拟月壤表面室温～+80℃高温范围调节，300mm以下-40℃～室温低温范围调节。该系统包括加热装置和制冷装置。

一种用于真空环境中的模拟月壤加热制冷系统，包括加热装置和制冷装置，整个加热装置和制冷装置的内冷却循环部分置于真空容器内；

加热装置位于月壤筒上部，包括灯罩安装架、碘钨灯罩、碘钨灯、灯罩调节机构；

灯罩安装架固定在真空容器内壁上，用于固定碘钨灯罩，碘钨灯罩上设有钻杆孔，侧壁上设有与灯罩调节机构相连接的接口；碘钨灯安装在碘钨灯罩壳内顶部，碘钨灯灯管的数量和功率根据月壤导热率和需要的温度来确定；灯罩调节机构包括四个支脚，每个支脚包括球铰、连杆b、连杆c、支座；连杆b与碘钨灯罩之间通过球铰连接，连杆b和连杆c之间、连杆c和支座之间通过螺栓及橡胶垫片连接；灯罩调节机构有三个自由度，沿Z轴上下运动，沿x、y轴转动，当碘钨灯照射角度和照射范围确定后，拧紧螺栓，锁定机构；

制冷装置包括月壤筒、冷却盘管、盘管固定片、低温止回阀、低温截止阀、内部低温软管、低温密封结构、外部低温软管、低温制冷循环机；

月壤筒外壁开有横截面为半圆的螺旋槽；冷却盘管采用紫铜管制成，冷却盘管的出入口设置在月壤筒底部；冷却盘管缠绕在月壤筒外壁的螺旋槽内，并用盘管固定片进行固定，冷却盘管与月壤筒为面接触，在冷却盘管的入口安装低温止回阀，出口安装低温截止阀，低温止回阀和低温截止阀固定在月壤筒下端法兰上；低温止回阀与内部进水软管连接，低温截止阀与内部出水软管连接；内部进水软管通过金属管连接外部进水软管，内部出水软管通过金属管连接外部出水软管，外部进水软管、外部出水软管另一端分别与低温制冷循环机的冷却液进、出口连接。

本发明的优点在于：

(1)本发明可用于真空环境中，与真空系统有相匹配的密封接口，整个装置对真空系统的真空度影响很小；