Multifunctional Martian habitat composite material synthesized from in situ resources

The two primary requirements for a Martian habitat structure include effective radiation shielding against the Galactic Cosmic Ray (GCR) environment and sufficient structural and thermal integrity. To significantly reduce the cost associated with transportation of such materials and structures from earth, it is imperative that such building materials should be synthesized primarily from Martian in situ resources. This paper illustrates the feasibility of such an approach. Experimental results are discussed to demonstrate the synthesis of polyethylene (PE) from a simulated Martian atmosphere and the fabrication of a composite material using simulated Martian regolith with PE as the binding material. The radiation shielding effectiveness of the proposed composites is analyzed using results from radiation transport codes and exposure of the samples to high-energy beams that serve as a terrestrial proxy for the GCR environment. Mechanical and ballistic impact resistance properties of the proposed composite as a function of composition, processing parameters, and thermal variations are also discussed to evaluate the multifunctionality of such in situ synthesized composite materials.     

月壤力学参数反求及试验验证

为了预测月球车的牵引特性并进行牵引控制,提出了一种基于线性最小二乘法的月壤力学参数估计算法,对内聚力和内摩擦角这两个关键的月壤力学参数进行反求.针对反映车轮土壤交互作用过程中轮刺效应的力学模型进行简化,建立了内聚力和内摩擦角的求解模型.将车轮与模拟月壤交互作用试验中的测量数据输入利用该算法编制的Matlab程序中,反求出模拟月壤的内聚力和内摩擦角,反求值与模拟月壤的实测值较为接近.试验验证结果表明该算法准确有效,且具有较好的稳定性和较快的运算速度,可用于月球车进行月壤力学参数的就位估计.      

火星及其环境

火星环境类似于地球,而探索其生命存在是重大的科学任务。在火星探测中,对火星及其环境的了解与研究是重要的任务目标,事关探测任务的成功实施。文章对国外火星探测已发布的成果进行收集和整理,其中包含大量的相关数据。这些知识和数据是火星探测任务设计的输入条件,可为我国火星探测计划的制定提供参考依据。     

月球车驱动轮在模拟月壤上的沉陷特性实验分析

车轮沉陷量是影响月球车通过性能的关键因素之一。文章用一种月球车的刚性车轮在模拟月壤上进行了以不同滑转率滚动的沉陷量测试实验;根据模拟月壤的加载和重复加载力学特性模型,探讨了车轮首次通过和重复通过的沉陷量的计算方法,计算结果与测量值的差小于8%;进一步分析了等重的两轴和三轴月球车的后轮沉陷量。     

火星土壤物理力学特性分析

火星土壤既是火星表面探测活动的主要探测对象,也是表面探测器设计中需考虑的重要因素之一。火壤的物理力学特性将直接影响着陆器着陆缓冲系统、火星车移动系统等的设计。此外,在着陆器和火星车等表面探测器的地面研制过程中,需要研制模拟火壤,形成模拟的火星表面环境,开展相关的着陆器着陆缓冲性能、火星车移动性能等验证试验。迄今为止,人类已经有多个探测器登陆火星,获取了大量的有关火壤的信息,也研制了多种模拟火壤。通过对已有火壤和模拟火壤的物理力学特性分析,梳理出火壤物理力学特性的参数范围,可为我国火星探测器的研制提供参考。     

土石地基剪切波测试实验建模

土石混填材料室内标准击实实验中,由于试筒尺寸限制,边界效应相对集中,无法对现场大 面积土石混填材料的力学性能和压实状态进行准确模拟。文中对砂土、粉质粘土、低液限黏 性土3种土样的细粒土试件及土石混填试件开展变含水量及变土石比大型振动压实实验,对 工程现场大范围土石混填地基力学性能进行模拟。基于不同压实程度,研究并建立混填试件 整体剪切波速、碎石剪切波速与碎石间隙细粒土剪切波速之间的相关模型。实现定石料条件 下,混填料整体剪切波速与间隙细粒土剪切波速的相互推算。并通过变石料应力波实验进行 验证。结果表明：大型振实实验数据能准确反映现场土石混填料的压实特性,模型对变石料 和变土样混填料都有很好的实用性。     

火星车在松软地面上的蠕动步态研究

蠕动步态是解决火星车在火星松软表面行走或爬坡困难时提高牵引力的有效方法,合理设置蠕动步态对充分发挥火星车在松软地表上的移动性能至关重要。文章将Bekker等人的轮地力学理论用于整车蠕动步态的受力分析,通过建立火星车的运动学模型,分析关节的运动关系,得到蠕动步态的协调运动方案,并通过原理样机试验对该方案的作用效果进行验证,为主动悬架蠕动步态的轮速配合给出了合理的建议。     

月壤取芯钻具热特性有限元分析

根据取芯钻具的特点、使用情况以及空间环境要求,在简化模型的基础上,利用有限元分析方法研究了月壤取芯钻具的热特性。首先计算了取芯钻具在飞行阶段高、低温存储环境影响下的变形和应力分布;其次计算了取芯钻具在工作阶段不同钻进条件下的变形及应力分布情况,提取了关键点的温度和位移参数;最后研究了取芯软袋与取芯管之间的间隙变化情况。根据有限元分析得到的数据结果,证明了各部位选择的材料以及配合间隙等满足要求,可为未来工程应用提供理论依据。     

潮土重金属复合污染对紫花苜蓿的影响

本文依据我国土壤环境质量标准确定潮土中重金属（铜、锌、镉）复合污染物的不同浓度，通过正交设计的盆栽试验观测紫花苜蓿的生物量、植株体中重金属含量、土壤中重金属有效态含量等指标分析重金属复合污染对紫花苜蓿生长的影响。结果表明，当土壤中供试的各重金属浓度为我国土壤环境质量二级标准水平时，紫花苜蓿的生长不受重金属的胁迫作用；当土壤中重金属铜、锌浓度均达到三级标准水平时，紫花苜蓿的生长才受到明显的抑制作用。说明我国土壤环境质量标准对潮土上紫花苜蓿的生长基本适用。在复合污染条件下，铜、锌之间存在明显的抑制作用，同时土壤中重金属有效离子冲量能较好地表征紫花苜蓿－潮土中重金属复合污染的影响。     

Kelvin半无限体内部作用竖向力时的解答与应用

选择Kelvin模型描述土体的粘弹性本构关系,利用半空间体内部受竖向集中力的Mindlin弹性解,根据粘弹性理论中的准静态弹性-弹粘性对应原理,推导了竖向力作用在Kelvin粘弹性半无限土体内部的理论解。通过对应力和位移解答进行Laplace逆变换,给出了应力与位移的时域解。作为解答的应用,建立了Kelvin粘弹性半无限体内部矩形面积上作用有三角形分布、均匀分布荷载时的粘弹性沉降计算公式。为了便于计算与工程应用,根据粘弹性理论解编制了计算程序。结果验证和实例分析表明,文中理论解是正确的,研究结果为工程应用提供了理论依据。