一种月球水资源提取装置

本发明属于深空探测设备领域，特别是涉及一种月球水资源提取装置。

背景技术：

1、月球极区月壤中的水资源大多是以冰的形式赋存于月壤孔隙中，形成稳定的“脏冰”。在真空环境下，月壤颗粒的热导率极低，同时，多孔的结构会增加气体的流阻，使得提取过程变得困难；同时在极区环境条件下，含冰月壤的机械强度非常高，10wt％的月壤水冰强度可达40mpa，加之月球作业装备的动力及作业时间有限，使得水资源的提取非常困难。

2、针对地外天体中水资源的“开采”，目前各国均通过以一定方式将热量注入，使其水分相变挥发，并收集在罐中的策略。根据作用位置不同，分为表层和剖面两类装置，现有表层水资源提取装置是指利用电能或光能即太阳能，对月球表面土壤加热，使水冰受热挥发，进入一个冷的密闭空间，最终进入冷阱被捕获。这类装置对月壤水冰的穿透能力有限，对于月壤剖面内的水资源提取效果不好；现有剖面水资源提取装置可分为井下热源加热和钻基加热两类，井下热源加热是指将孔的创建与热量输送过程进行分离，利用定向能量进行加热诱导。该技术的主要难点是产生稳定的孔壁，目前主要用于地球南极提取淡水；钻基加热是指在较为成熟的钻具上添加加热装置及气体通道，待钻机钻进到一定深度后，开始加热并收集水冰资源，结构大多比较复杂且需要额外的冷源对加热后的水蒸气进行冷凝收集。

3、我国在月壤水冰提取方面的研究起步晚，在基础研究及装置上尚待突破，急需一种高效率、低能耗的水资源提取装置。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种月球水资源提取装置,以解决钻基加热方式结构复杂效率低且需要额外冷源且收集效率低的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种月球水资源提取装置，包括：

3、进尺机构，其内设置有进尺滑轨，进尺滑轨上靠近月表一侧向远离一侧间隔滑动设置有捕获收集单元和气体转移单元，所述捕获收集单元靠近月表一侧端面设置多个散热翅片；

4、回转驱动单元，设置在气体转移单元上远离月表一端用于驱动气体转移单元内的气体转移腔室转动，所述气体转移腔室出口端与捕获收集单元进口端连通；和

5、水分提取单元，设置在气体转移腔室上靠近月表一端，所述水分提取单元内贯穿设置有空腔，所述空腔内壁设置热源装置用于加热月壤，所述空腔远离月表一端与气体转移腔室进口端连通，所述水分提取单元用于随气体转移腔室转动向月表内钻进并将部分月壤容置在空腔内；

6、所述散热翅片插入月表后，水分提取单元钻进后空腔内月壤经热源装置加热后蒸发的水蒸气经气体转移腔室进入到捕获收集单元内，所述捕获收集单元用于通过散热翅片与月表换热后降低水蒸气温度。

7、更进一步的，所述进尺机构还包括进尺滑块和进尺驱动单元，所述进尺滑块设置有两个并分别与捕获收集单元和气体转移单元相连，所述进尺驱动单元用于分别驱动两个进尺滑块动作。

8、更进一步的，所述进尺滑轨与搭载平台平台相连。

9、更进一步的，所述回转驱动单元包括回转电机和动力运输接头，所述回转电机的转动端与动力运输接头相连。

10、更进一步的，所述气体转移单元还包括热控管路和外壳，所述气体转移腔室转动连接在外壳内，所述气体转移腔室的出口端与外壳出口端连通，所述动力运输接头与气体转移腔室相连，所述热控管路一端与外壳出口端连通、另一端与捕获收集单元进口端连通。

11、更进一步的，所述气体转移腔室通过旋转泛塞封转动连接在外壳内。

12、更进一步的，所述热控管路通过固定接头与外壳出口端连通。

13、更进一步的，所述水分提取单元还包括旋转接头和中空取芯钻具，所述中空取芯钻具一端通过旋转接头与气体转移腔室的进口端相连，所述空腔设置在中空取芯钻具内。

14、更进一步的，所述中空取芯钻具靠近月表一端设置切削刃。

15、更进一步的，所述捕获收集单元还包括捕获收集装置，所述捕获收集装置为环状容器，所述水分提取单元同心设置在环状内，所述散热翅片设置在捕获收集装置靠近月表一端。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1、本装置对钻基类设备进行了结构简化，使得成本降低的前提下，能够更加高效的完成水资源的提取，应用本装置针对含水率8.5wt％的模拟月壤样本开展热提取试验，水资源提取效率可达16.5g/h、提取能耗仅为2.61whr/g，相较于国内现有的月球水资源提取装置，提取效率有所提高、提取能耗有所降低；

18、2、本装置利用捕获收集单元与月表接触并通过散热翅片与月表换热从而将水蒸气进行冷凝，达到收集水的目的，不需要设置额外的冷源就能够保证水分顺利的冷凝收集；

19、3、本装置利用散热翅片能够起到固定装置位置的作用；

20、4、本装置通过设置气体转移腔室，使得气体转移腔室能够起到中空取芯钻具转动驱动的媒介作用的同时，又能够满足水分从气体转移腔室向捕获收集单元进行转移，简化了整体的结构，保证减低成本的前提下缩短水分行动路径，提高收集效率。

技术特征：

1.一种月球水资源提取装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种月球水资源提取装置，其特征在于：所述进尺机构(2)还包括进尺滑块(2-1)和进尺驱动单元(2-3)，所述进尺滑块(2-1)设置有两个并分别与捕获收集单元(6)和气体转移单元(4)相连，所述进尺驱动单元(2-3)用于分别驱动两个进尺滑块(2-1)动作。

3.根据权利要求1所述的一种月球水资源提取装置，其特征在于：所述进尺滑轨(2-2)与搭载平台(1)平台相连。

4.根据权利要求1所述的一种月球水资源提取装置，其特征在于：所述回转驱动单元(3)包括回转电机(3-1)和动力运输接头(3-2)，所述回转电机(3-1)的转动端与动力运输接头(3-2)相连。

5.根据权利要求4所述的一种月球水资源提取装置，其特征在于：所述气体转移单元(4)还包括热控管路(4-4)和外壳(4-5)，所述气体转移腔室(4-1)转动连接在外壳(4-5)内，所述气体转移腔室(4-1)的出口端与外壳(4-5)出口端连通，所述动力运输接头(3-2)与气体转移腔室(4-1)相连，所述热控管路(4-4)一端与外壳(4-5)出口端连通、另一端与捕获收集单元(6)进口端连通。

6.根据权利要求5所述的一种月球水资源提取装置，其特征在于：所述气体转移腔室(4-1)通过旋转泛塞封(4-2)转动连接在外壳(4-5)内。

7.根据权利要求5所述的一种月球水资源提取装置，其特征在于：所述热控管路(4-4)通过固定接头(4-3)与外壳(4-5)出口端连通。

8.根据权利要求1所述的一种月球水资源提取装置，其特征在于：所述水分提取单元(5)还包括旋转接头(5-1)和中空取芯钻具(5-3)，所述中空取芯钻具(5-3)一端通过旋转接头(5-1)与气体转移腔室(4-1)的进口端相连，所述空腔设置在中空取芯钻具(5-3)内。

9.根据权利要求8所述的一种月球水资源提取装置，其特征在于：所述中空取芯钻具(5-3)靠近月表一端设置切削刃(5-4)。

10.根据权利要求1所述的一种月球水资源提取装置，其特征在于：所述捕获收集单元(6)还包括捕获收集装置(6-1)，所述捕获收集装置(6-1)为环状容器，所述水分提取单元(5)同心设置在环状内，所述散热翅片(6-2)设置在捕获收集装置(6-1)靠近月表一端。

技术总结
本发明提出了一种月球水资源提取装置，属于深空探测设备领域。解决钻基加热方式结构复杂效率低且需要额外冷源且收集效率低的问题。它包括进尺机构，其内设置有进尺滑轨，进尺滑轨上靠近月表一侧向远离一侧间隔滑动设置有捕获收集单元和气体转移单元，捕获收集单元靠近月表一侧端面设置多个散热翅片；回转驱动单元；和水分提取单元，水分提取单元用于随气体转移腔室转动向月表内钻进并将部分月壤容置在空腔内；散热翅片插入月表后，水分提取单元钻进后空腔内月壤经热源装置加热后蒸发的水蒸气经气体转移腔室进入到捕获收集单元内，捕获收集单元用于通过散热翅片与月表换热后降低水蒸气温度。它主要用于月球水资源提取。

技术研发人员：张伟伟,侯建飞,朱福龙,姜生元,迟关心
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29