专利名称：一种小型月球环境综合模拟系统的制作方法
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. 8X105km，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I(TuiPa),所以月球表面昼夜温差很大，白昼温度为40 421，太阳不能照射到的阴影区和夜晚期间的月球表面温度为91 111。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沟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KT4Pa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；月尘模拟系统中的卷扬机构不启动，模拟探测器登陆后或探测器静止时的月尘环境，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；情况二 当需要模拟各类轨道环境时，根据所需要的环境因素，可以选择开启热循环系统，来模拟冷热交变环境，或选择开启辐射环境模拟系统中的电子枪或氘灯来模拟电子辐射环境或紫外线辐射环境；第五步，当试验结束后，保存试验数据，关闭各类设备，打开真空罐，取出试验样
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ΡΠ O本发明的优点为①在一个真空室内集成了高低温循环、月尘、真空紫外、电子辐射等多个环境因素模拟能力，可以对其中的某单一因素进行模拟试验，也可以进行多个因素的综合模拟试验， 解决了月球环境多因素模拟试验的问题，提高了模拟试验数据的精度和试验效率；②设置有真空保护装置，解决了在抽真空和真空保持过程中月尘模拟物损坏真空泵的问题，提高了真空系统的使用寿命；③月尘模拟系统解决了月球表面月尘环境的模拟问题；总之，本发明提高了试验数据精度和试验效率，可以进行月球环境综合模拟试验。
图1 (a)_本发明一种小型月球环境综合模拟各分系统示意1(b)-本发明一种小型月球环境综合模拟系统主要部分示意2-本发明真空泵保护装置示意3-本发明操作流程示意中1-真空系统、2-热循环系统、3-月尘模拟系统、4-辐射环境模拟系统、5-监控系统、6-样品台、7-真空罐、8-机械泵、9-分子泵、10-真空系统保护装置、11-密封管路、 12-工作台、13-石英碘钨灯、14-真空液氮制冷系统，15-制冷机组、16-冷屏；17-月尘模拟物、18-模拟台、19-卷扬机构、20-电子枪、21-氘灯；22-辐射监测器、23-温度传感器、 24-真空计、25-电子天平；26-电源、27-控制柜。28-挡板I、29-挡板II，30-栅网I、31-栅网II ；
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。加注标号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2个挡板I、II，以及2个栅网I、II，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，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、电子枪和氘灯通过导线与电源连接，冷屏通过管路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通过信号线与真空罐外的控制柜连接；真空抽气机组和电源系统通过信号线与控制柜连接；通过控制柜控制其它各系统的电源，并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，测试前准备，检查循环水，真空系统和制冷系统管路、阀门，抽气机组、电子枪、氘灯、石英碘钨灯、月尘模拟系统电机等用电设备的电路，以及各传感器和探测器的信号线路；第二步，联接电脑与控制柜串行接口，给控制柜上电，打开控制柜上总电源开关和钥匙开关，松开急停按钮，启动控制柜运行，检查控制柜各监测仪器工作情况是否正常；第三步，试验样品安放与抽真空过程；a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，开始进行第四步试验环节；第四步，试验测试过程，根据具体情况，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；月尘模拟系统中的卷扬机构不启动，模拟探测器登陆后或探测器静止时的月尘环境，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；情况二 当需要模拟各类轨道环境时，根据所需要的环境因素，可以选择开启热循环系统，来模拟冷热交变环境，或选择开启辐射环境模拟系统中的电子枪或氘灯来模拟电子辐射环境或紫外线辐射环境；第五步，当试验结束后，保存试验数据，关闭热循环系统、月尘模拟系统、辐射环境模拟系统，关闭阀门II，关闭分子泵，半小时后关闭循环水，关闭控制柜各检测仪器和电脑， 关闭电源，打开通气阀门，打开真空罐，取出试验样品。
权利要求
1.一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；其特征在于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，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，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。
2.根据权利要求1所述的一种小型月球环境综合模拟系统，其特征在于根据需要，冷屏在真空罐内的上下两端放置，或同时在上下左右四端放置也可。
3.根据权利要求1所述的一种小型月球环境综合模拟系统，其特征在于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。
4.根据权利要求3所述的一种小型月球环境综合模拟系统，其特征在于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。
5.一种小型月球环境综合模拟系统，其特征在于其综合模拟过程为第一步，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 IO-4Pa时，开始进行第三步模拟环节；第三步，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；月尘模拟系统中的卷扬机构不启动，模拟探测器登陆后或探测器静止时的月尘环境， 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；情况二当需要模拟各类轨道环境时，根据所需要的环境因素，选择开启热循环系统， 来模拟冷热交变环境，或选择开启辐射环境模拟系统中的电子枪或氘灯来模拟电子辐射环境或紫外线辐射环境；第四步，当试验结束后，保存试验数据，关闭各类设备，打开真空罐，取出试验样品。
全文摘要
本发明公开了一种小型月球环境综合模拟系统主要由真空系统、热循环系统、月尘模拟系统、辐射环境模拟系统以及监控系统组成。其真空系统解决了在抽真空和真空保持过程中月尘模拟物损坏真空泵的问题，提高了真空系统的使用寿命；其月尘模拟系统解决了月球表面月尘环境的模拟问题。该系统在一个真空室内集成了高低温循环、月尘、真空紫外、电子辐射等多个环境因素模拟能力，可以对其中的某单一因素进行模拟试验，也可以进行多个因素的综合模拟试验。本发明提高了月球环境模拟试验的综合性和可靠性，也可以提升空间环境模拟试验的效率。
文档编号G01V13/00GK102156304SQ201010624600
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者史亮, 李存惠 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所