一种具有月壤填充舱壁的充气展开式密封舱

1.本发明属于航天器结构技术领域，具体涉及一种具有月壤填充舱壁的充气展开式密封舱。


背景技术：

2.月球基地建设已成为月球探测的一个重要目标。月球居住舱作为航天员在月球生活和工作的主要密封场所，是月球基地建设的重要基础设施之一。目前的密封舱主要有刚性金属密封舱和充气展开密封舱(充气舱)两种结构形式，但都存在一些不足之处。
3.刚性金属密封舱是目前普遍采用的密封舱结构形式，但尚存在质量重、发射体积大、发射成本高、在轨组装难度大、居住空间狭小等缺陷，难以满足未来月球基地多人长期居留对大尺寸密封舱的需求。
4.与传统刚性金属密封舱相比，充气展开密封舱是一种新型的密封舱，具有可柔性折叠、发射体积小、质量轻、易于发射、发射成本低、可在轨充气展开成型、展开体积大等特点，易于构建大尺寸空间密封舱。但对于全柔性密封舱而言，局部漏气后易造成整体结构的坍塌，甚至威胁到内部工作人员及仪器设备的安全。此外，月面空间辐射强度高，需要具有足够厚度和足够质量的舱壁，才能实现对舱内人员和仪器设备的辐射防护，而单纯依靠由地球向月面运输材料或舱体实现对空间辐射的防护，不仅成本高昂，甚至难以实现。


技术实现要素：

5.本发明针对月球基地对大尺寸居住密封舱的需求，提出一种具有月壤填充舱壁的充气展开式密封舱。
6.本发明所采取的技术方案是：一种具有月壤填充舱壁的充气展开式密封舱，包括月壤填充舱壁、柔性蒙皮、可刚化充气展开式拱形支撑结构及半刚性地板；所述月壤填充舱壁设置在密封舱最外侧，其里侧为由柔性蒙皮两端与半刚性地板两端连接形成的舱室结构，所述半刚性地板由多个纵向铺设的刚性板之间通过柔性连接条带连接而成，可在柔性连接条带处进行折叠，所述可刚化充气展开式拱形支撑结构设置在舱室结构内，能够折叠以及在月面协同密封舱充气展开成型并刚化。
7.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
8.1.本发明的密封舱柔性可折叠、折叠体积小、质量轻，可在月面展开成大尺寸居住舱结构，解决了由于发射载荷及发射包络的限制，难以发射居住空间大的刚性金属载人密封舱的问题。
9.2.本发明的密封舱采用月壤填充舱壁，具有良好的隔热和空间辐射防护效果。月壤就地取材，显著降低了密封舱的发射成本及发射难度。
10.3.本发明的密封舱的月壤填充舱壁，由月壤填充形成拱形结构，具有很高的结构刚度，能显著减轻所填充月壤对充气展开舱的压力，显著提高了密封舱的结构可靠性和稳定性。
11.4.本发明的密封舱内部采用可刚化的充气展开式拱形支撑结构，刚化后结构刚度高、稳定性好，对密封舱起到支撑作用，并进一步提高密封舱的刚度，并可避免因为局部漏气造成的整体结构的坍塌。
附图说明
12.图1是本发明结构示意图；
13.图2是本发明月壤填充舱壁结构示意图；
14.图3是本发明月壤填充模块结构示意图；
15.图4是本发明可刚化充气展开式拱形支撑结构结构示意图；
16.图5是本发明密封舱展开示意图；
17.图6是本发明密封舱折叠示意图；
18.图7是本发明密封舱折叠方式图；
19.图8是本发明刚性底板示意图；
20.图9是本发明月壤填充舱壁和柔性蒙皮示意图；
21.其中：1、月壤填充舱壁；2、柔性蒙皮；3、柔性舱门；4、柔性密封拉链；5、可刚化充气展开式拱形支撑结构；6、半刚性地板；7、连接段一；8、连接段二；9、自由段；11、月壤填充模块；12、柔性连接布；21、气密层二；22、承力层二；61、刚性板；62、柔性连接条带；111、可刚化柔性月壤袋；112、底层刚板；113、气密层一；114、电热层一；115、刚化层一。
具体实施方式
22.具体实施方式一：参照图1至图9说明本实施方式，本实施方式提供了一种具有月壤填充舱壁的充气展开式密封舱，包括月壤填充舱壁1、柔性蒙皮2、可刚化充气展开式拱形支撑结构5及半刚性地板6；所述月壤填充舱壁1设置在密封舱最外侧，其里侧为由柔性蒙皮2两端与半刚性地板6两端连接形成的舱室结构，所述半刚性地板6由多个纵向铺设的刚性板61之间通过柔性连接条带62连接而成，可在柔性连接条带62处进行折叠，并随密封舱展开成型，使舱内底面平整，便于航天员生活、工作及设备的安放，具备很强的防刺扎作用，所述可刚化充气展开式拱形支撑结构5设置在舱室结构内，能够折叠以及在月面协同密封舱充气展开成型并刚化；
23.密封舱外设置柔性舱门3，由柔性密封拉链4打开和关闭。
24.本实施方式中，密封舱初始为折叠状态，经折叠包装后发射至月球，可在月面充气展开成大型密封舱结构。
25.具体实施方式二：参照图1至图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一作进一步限定，本实施方式中，所述月壤填充舱壁1包括由多个月壤填充模块11依次连接而成的拱形结构以及连接在拱形结构外侧的柔性连接布12，柔性连接布12使月壤填充模块11之间连接为一个整体，起到固定舱壁整体形状的作用，并进一步提高密封舱整体结构稳定性，月壤填充舱壁1设置在柔性蒙皮2的外侧，与柔性蒙皮2连接为一体。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
26.本实施方式中，柔性连接布12由高强纤维布和防辐射涂层组成，具有很高的承力性能和防辐射性能。
27.具体实施方式三：参照图5至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二作进一步限定，本实施方式中，所述月壤填充舱壁1与柔性蒙皮2分段连接，从柔性蒙皮2一端开始至与半刚性地板6横向长度一样的区域为连接段一7，柔性蒙皮2剩余部分等分为二，分别为连接段二8和自由段9，连接段二8为与连接段一7相连的区域，折叠时，半刚性地板6向上与连接段一7重合，柔性蒙皮2的自由段9与连接段二8重合。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。
28.本实施方式中，舱体折叠时，先将半刚性地板6和拱形结构，以及部分与舱壁未连接的柔性蒙皮2一起重叠于拱形舱壁(月壤填充舱壁1)上，然后再一同进行卷绕折叠。
29.具体实施方式四，参照图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三作进一步限定，本实施方式中，所述月壤填充模块11包括可刚化柔性月壤袋111及与可刚化柔性月壤袋111外底面贴合连接的底层刚板112；所述可刚化柔性月壤袋111内填充有月壤，所述柔性蒙皮2与对应的底层刚板112连接，连接方式均为粘接、热合或者缝合连接。
30.本实施方式中，月壤填充舱壁1月面展开成型时，首先随密封舱一起展开，然后向可刚化柔性月壤袋111内充入少量气体使之成型，然后对可刚化柔性月壤袋111进行电加热刚化并固定形状，最后向可刚化柔性月壤袋111内装填月壤形成舱壁结构。
31.具体实施方式五：参照图9说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四作进一步限定，本实施方式中，所述可刚化柔性月壤袋111为长条状楔形袋结构，其横截面为梯形，可刚化柔性月壤袋111由可刚化多层柔性复合材料制成，从内至外依次为气密层一113、电热层一114及刚化层一115；其中，气密层一113由气体阻隔性优良，且高强、耐磨的薄膜材料制成；电热层一114采用电热丝制成，用于对刚化层一115进行加热，使其刚化；刚化层一115采用纤维增强的热固性树脂材料制成，刚化后具有很高的强度和刚度。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。
32.具体实施方式六：参照图9说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五作进一步限定，本实施方式中，所述柔性蒙皮2是由气密层二21和承力层二22组成的柔性多层复合结构；所述气密层二21设置在承力层二22内侧，采用气体阻隔薄膜制成，具有良好的气体阻隔性能和一定的承力性能，可保障密封舱充气展开成型，并长期维持航天员生活、工作的正常气压；承力层二22采用高强、高模的纤维材料编织而成，可承受内部高压，防止气密层二21过度膨胀，造成密封舱破坏。其它组成及连接方式与具体实施方式五相同。
33.具体实施方式七：参照图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一作进一步限定，本实施方式中，所述可刚化充气展开式拱形支撑结构5由数根可刚化充气展开式支撑管连通搭建而成的拱形结构，可刚化充气展开式支撑管的管壁采用可刚化的多层柔性复合材料制成，由内至外依次为气密层三、电热层三、刚化层三。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
34.具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式七作进一步限定，本实施方式中，所述气密层三采用气体阻隔性良好的薄膜材料制成，用于可刚化充气展开式支撑管的初始展开成型；所述电热层三采用电热丝制成，用于对可刚化充气展开式支撑管的刚化层三进行加热，使其刚化；所述刚化层三采用纤维增强的热固性树脂材料制成，可在充气展开成型后由电热层三加热刚化，具有很高的刚度。其它组成及连接方式与具体实施方式七相同。
35.本实施方式中，所述可刚化充气展开式拱形支撑结构5内部设置舱内电线电缆、气
液管路，有效节约空间并保护管路系统。
36.具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一作进一步限定，本实施方式中，所述可刚化充气展开式拱形支撑结构5底部设有的多根可刚化充气展开式支撑管与半刚性地板6的上表面连接，多根可刚化充气展开式支撑管充气展开并刚化后，可约束并固定半刚性地板6，使之成为刚性的地板结构。
37.密封舱内置有气瓶，用于密封舱的充气展开及内部气压的保持；密封舱内置有充气床垫、置物台及相应的电路、管路系统等附属系统。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
38.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。