一种用于模拟探测器冲击月面扬尘的试验装置及测试方法与流程

本发明属于隧道与地下工程试验仪器技术领域，特别涉及一种用于模拟探测器冲击月面扬尘的试验装置及测试方法。

背景技术：

随着当今科学技术和经济的迅速发展，对于未知宇宙的探索也越来越频繁。从1959年前苏联发射探测器近月飞行开始，人类就没有停止过探月的脚步。2004年，中国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。2007年“嫦娥一号”成功发射升空。2010年嫦娥二号”顺利发射。探月工程将完成嫦娥三号卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务。这其中，月球着陆器，月球车等探测器冲击月壤扬尘对于探测器的影响是一个重要的研究内容。

目前关于模拟探测器冲击月壤扬尘的研究相对较少，多是停留在理论层面，也很少有真实模拟探测器冲击月壤扬尘的试验装置及试验。如：曾令斌在其论文《月面扬尘特性和月尘防护技术研究》中，分析了着陆扬尘，静电悬浮扬尘和车轮滚动扬尘的形成机理和典型特征，从月尘扬起，传输，沉降的全过程探究了防尘除尘技术；白羽在其论文《模拟月尘对巡视车车轮轮轴材料的磨损试验研究》中，利用月尘环境模拟器，模拟月尘和摩擦磨损试验机，对车轮轮轴主要材料进行了磨损试验研究。这些研究都没有涉及到真实模拟探测器冲击月壤扬尘的试验装置及试验。综上所述，现有研究存在的不足有：①目前没有模拟探测器冲击月壤扬尘的试验装置。②没有采用高速摄像机来监测月壤扬尘流动的特点。③也没有通过分层采集测定不同高度的落尘量的试验装置。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于模拟探测器冲击月面扬尘的试验装置及测试方法，其目的在于，模拟探测器冲击月面，对中国探月工程以及宇航装备顺利着陆开展工作有着重要作用。通过高速摄像机捕捉月壤在受重物撞击后上升下降的特点，通过分层收集器，来确定在不高度的落尘量。

一种用于模拟探测器冲击月面扬尘的试验装置，其特征在于，包括有机玻璃筒(1)，重物(2)，模拟月壤(3)，岩石层(4)，金属底座(5)，高速摄像机(6)，分层收集器(8)，螺栓(9)和支架(10)；

所述有机玻璃筒(1)内径为1m，高度为3.5m，通过螺栓(9)固定在金属底座(5)上；

所述有机玻璃筒(1)设有一个可拆卸的带孔顶盖(17)，一侧设有弧形缺口，允许分层收集器(8)插入和取出；

所述有机玻璃筒(1)侧壁绘有刻度线(7)，侧壁上设有5～7个支架(10)，支架前方对应的筒壁处设有圆孔(15)，圆孔(15)内装有薄壁透光玻璃(16)；

所述高速摄像机(6)分别固定在有机玻璃筒(1)侧壁的各个支架(10)上，通过侧壁的圆孔(15)进行拍摄；

所述分层收集器(8)包括分层隔板(11)，固定棒(12)，弧形底板(13)和固定挂钩(14)，分层隔板(11)胶粘于弧形底板(13)上，放入筒内，固定挂钩(14)挂扣在筒口上，固定棒(12)贴着壁面插入月壤层；

所述有机玻璃筒(1)内依次埋置5～10cm高的岩石层(4)和10～60cm的模拟月壤(3)；

所述模拟月壤(3)原料为红色火山灰，经过烘干，粉碎，筛分后按一定级配拌和而成；

所述岩石层(4)由大理石板叠合胶结并切割而成。

进一步地，在筒一侧放置5～7个高速摄像机(6)，用来拍摄模拟月壤(3)在被重物(2)冲击后产生的扬尘上升和下降的情况。

进一步地，在筒的一侧设置有分层收集器(8)可拆卸安装，用来测定模拟月壤(3)在被重物(2)冲击后产生的扬尘，经过一定时间在不同高度隔板上的落尘量。

一种用于模拟探测器冲击月面扬尘的测试方法，采用上述的用于模拟探测器冲击月面扬尘的试验装置进行测试，包括以下步骤：

步骤1：将有机玻璃筒(1)通过螺栓固定在金属底座(5)上，将成型的岩石层(4)埋置在有机玻璃筒(1)底部，在岩石层(4)上虚铺10～60cm厚的模拟月壤(3)；

步骤2：将高速摄像机(6)放在有机玻璃筒(1)侧壁的支架上，对准筒壁的圆孔(15)进行拍摄；

步骤3：放置分层收集器(8)，固定棒(12)贴着筒壁插入月壤层中，再将固定挂钩(14)挂扣在筒口；；

步骤4：盖上顶盖(17)，重物通过滑轮，穿过顶盖(17)上的弧形缺口悬置在一定的高度。打开高速摄像机(6)，剪断连接重物的绳子，让重物自由下落；

步骤5：取出分层收集器(8)，测量不同高度隔板上的落尘量；查看高速摄像机(6)所拍摄的影像；分析模拟月壤(3)被冲击后上升下降的特点；

有益效果

一种用于模拟探测器冲击月面扬尘的试验装置及测试方法，装置包括有机玻璃筒(1)，重物(2)，模拟月壤(3)，岩石层(4)，金属底座(5)，高速摄像机(6)，分层收集器(8)，螺栓(9)和支架(10)。所述有机玻璃筒(1)固定在金属底座(5)上，顶部设有一个可拆卸的带孔顶盖(17)，侧壁上设有支架(10)和圆孔(15)，所述高速摄像机分别固定在有机玻璃筒侧壁的各个支架(10)上，通过圆孔(15)进行拍摄，所述分层收集器(8)放入筒内，通过上部的固定挂钩(14)和下部的固定棒(12)进行固定，所述有机玻璃筒(1)内依次埋置岩石层(4)和模拟月壤(3)。该试验装置，一定程度上弥补目前研究对模拟探测器冲击月壤扬尘的空缺，且试验装置操作简单，使用方便，可以简单准确地模拟模拟器冲击月壤扬尘流动的特点和测定不同高度的落尘量，对探测器冲击月壤扬尘进行数据分析，为降低月壤扬尘提供分析数据，对探测器顺利着陆并展开工作有重要作用。

附图说明

图1为本发明所述的装置的示意图，其中(a)为剖视图，(b)为左视图，(c)为俯视图，(d)为顶盖示意图；

图2为本发明所述的分层收集器示意图，(a)为剖视图，(b)为水平状态的立体图。

标号说明：有机玻璃筒(1)、重物(2)、模拟月壤(3)、岩石层(4)、金属底座(5)，高速摄像机(6)、筒壁刻度线(7)、分层收集器(8)、螺栓(9)、支架(10)、分层隔板(11)、固定棒(12)、弧形底板(13)、固定挂钩(14)、圆孔(15)、薄壁透光玻璃(16)，顶盖(17)。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。

如图(1)-图(3)所示，一种用于模拟探测器冲击月面扬尘的试验装置，

其特征在于，包括有机玻璃筒(1)，重物(2)，模拟月壤(3)，岩石层(4)，金属底座(5)，高速摄像机(6)，分层收集器(8)，螺栓(9)和支架(10)；

所述有机玻璃筒(1)内径为1m，高度为3.5m，通过螺栓(9)固定在金属底座(5)上；

所述有机玻璃筒(1)设有一个可拆卸的带孔顶盖(17)，一侧设有弧形缺口，允许分层收集器(8)插入和取出；

所述有机玻璃筒(1)侧壁绘有刻度线(7)，侧壁上设有5～7个支架(10)，支架前方对应的筒壁处设有圆孔(15)，圆孔(15)内装有薄壁透光玻璃(16)；

所述高速摄像机(6)分别固定在有机玻璃筒(1)侧壁的各个支架(10)上，通过侧壁的圆孔(15)进行拍摄；

所述分层收集器(8)包括分层隔板(11)，固定棒(12)，弧形底板(13)和固定挂钩(14)，分层隔板(11)胶粘于弧形底板(13)上，放入筒内，固定挂钩(14)挂扣在筒口上，固定棒(12)贴着壁面插入月壤层；

所述有机玻璃筒(1)内依次埋置5～10cm高的岩石层(4)和10～60cm的模拟月壤(3)；

所述模拟月壤(3)原料为红色火山灰，经过烘干，粉碎，筛分后按一定级配拌和而成；

所述岩石层(4)由大理石板叠合胶结并切割而成。

在筒一侧放置5～7个高速摄像机(6)，用来拍摄模拟月壤(3)在被重物(2)冲击后产生的扬尘上升和下降的情况。

所述分层收集器(8)，可拆卸安装，用来测定模拟月壤(3)在被重物(2)冲击后产生的扬尘，经过一定时间在不同高度隔板上的落尘量。

一种用于模拟探测器冲击月面扬尘的测试方法，采用上述的用于模拟探测器冲击月面扬尘的试验装置进行测试，包括以下步骤：

步骤1：将有机玻璃筒(1)通过螺栓固定在金属底座(5)上，将成型的岩石层(4)埋置在有机玻璃筒(1)底部，在岩石层(4)上虚铺10～60cm厚的模拟月壤(3)；

步骤2：将高速摄像机(6)放在有机玻璃筒(1)侧壁的支架上，对准筒壁的圆孔(15)进行拍摄；

步骤3：放置分层收集器(8)，固定棒(12)贴着筒壁插入月壤层中，再将固定挂钩(14)挂扣在筒口；；

步骤4：盖上顶盖(17)，重物通过滑轮，穿过顶盖(17)上的弧形缺口悬置在一定的高度。打开高速摄像机(6)，剪断连接重物的绳子，让重物自由下落；

步骤5：取出分层收集器(8)，测量不同高度隔板上的落尘量；查看高速摄像机(6)所拍摄的影像；分析模拟月壤(3)被冲击后上升下降的特点；

改变重物的高度，上述的测量方法，可以得到不同高度对应的月壤扬尘上升和下降的特点和在不同高度隔板上的落尘量。

本发明中应用了具体实施例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对发明的限制。