Instrument study of the Lunar Dust eXplorer (LDX) for a lunar lander mission

One of the highest-priority issues for a future human or robotic lunar exploration is the lunar dust. This problem should be studied in depth in order to develop an environment model for a future lunar exploration. A future ESA lunar lander mission requires the measurement of dust transport phenomena above the lunar surface. Here, we describe an instrument design concept to measure slow and fast moving charged lunar dust which is based on the principle of charge induction. LDX has a low mass and measures the speed and trajectory of individual dust particles with sizes below one micrometer. Furthermore, LDX has an impact ionization target to monitor the interplanetary dust background. The sensor consists of three planes of segmented grid electrodes and each electrode is connected to an individual charge sensitive amplifier. Numerical signals were computed using the Coulomb software package. The LDX sensitive area is approximately 400 cm². Our simulations reveal trajectory uncertainties of better than 2° with an absolute position accuracy of better than 2 mm.     

直升机砂尘环境试验风洞的温度控制及仿真

 直升机砂尘环境试验风洞内部的热负荷变化范围较大,高低热负荷工况下需要采取不同的调温措施,为了简便地解决其温度控制难题,在对其温度变化进行动态特性分析与建模的基础上,提出了一种引入风速协调因子的砂尘环境试验风洞温度控制策略,并对其控制效果进行了仿真研究,仿真结果表明这一控制策略能在不同的热负荷条件下有效协调加热与制冷两种作用相反的控制措施,并将风洞内的温度控制在要求范围内。     

火星尘埃与探测

火星表面尘埃与太阳辐射、热辐射的相互作用直接影响火星大气的结构、热平衡和动力学过程,并会产生改变火星表面反照率和火星地貌的长期效应.火星尘埃环境还对登陆于火星表面的着陆器能源系统和光学载荷等系统构成影响.为此需开展火星大气尘埃的直接就位探测.在介绍了火星的尘埃特性与主要探测方法基础上,提出了采用微质量计技术开展火星表面尘埃就位探测的综合探测器方案.探测器包含3种传感器.尘埃累积传感器通过设置其敏感晶体表面朝上,可以探测火星表面尘埃的沉积质量与速率;荷电尘埃传感器通过加置不同极性的偏置电压,可以探测荷正电尘埃和荷负电尘埃的累积特性;磁尘传感器通过在敏感晶体后加设小型永久磁铁,可以探测磁性尘埃的累积特性.传感器感测质量范围为10^-11~10^-4g.火星尘埃综合探测器可应用于未来的火星着陆探测计划.     

模拟月尘制备及其物理和力学性质研究

在地球上进行的大量与月尘力学性质和机械性质相关的试验研究中,通常采用模拟月尘代替真实月尘。本研究制备了一种适用于月球探测工程试验的模拟月尘,制备工序依次为原材料选取、颗粒粗加工、颗粒精加工、颗粒级配、颗粒混合及预处理。该模拟月尘的颗粒粒径分布、颗粒相对密度、干密度、孔隙比、内聚力和内摩擦角等物理和力学性能参数经分析与国外典型模拟月尘相关参数相近,证明其可应用于月球探测工程试验。     

月尘对太阳电池的遮挡效应研究

月尘的沉积对月面探测器太阳电池系统是一种严重的威胁。为了对月尘沉积所引起的太阳电池性能衰减进行预估,文章建立了一种月尘遮挡模型,可用于月尘遮挡效应的研究,并可作为月球探测器防尘设计的参考工具。     

空间微小尘埃质量累积测量方法

利用石英晶体微量天平(QCM)测量技术,开展了针对空间微小尘埃累积质量流的原位测量方法研究,建立了石英晶体电极表面与尘埃粒子吸附的黏附力系数模型。结果表明,当电极表面与尘埃粒子的黏附力系数kmω02时,石英晶体电极表面累积尘埃粒子的质量与石英晶体振荡频率的关系符合Sauerbrey公式。在上述结论的基础上,采用在石英晶体电极表面涂敷黏性薄膜的方法实现了对微小尘埃粒子累积质量流的测量,对理论模型进行了验证。     

Laboratory calibration measurements of a piezoelectric lead zirconate titanate cosmic dust detector at low velocities

A cosmic dust monitor for use onboard a spacecraft is currently being developed using a piezoelectric lead zirconate titanate element (PZT). Its characteristics of the PZT sensor is studied by ground-based laboratory impact experiments using hypervelocity particles supplied by a Van de Graaff accelerator. The output signals obtained from the sensor just after the impact appeared to have a waveform that was explicitly related to the particle’s impact velocity. For velocities less than ∼6 km/s, the signal showed an oscillation pattern and the amplitude was proportional to the momentum of the impacting particle. For higher velocities, the signal gradually changed to a single waveform. The rise time of this single waveform was proportional to the particle’s velocity for velocities above ∼6 km/s. The present paper reports on results for the low velocity case and especially discusses the effect of an outer coating of the sensor with a paint, which is used to reduce heating by solar radiation.     

月尘/月壤环境效应地面模拟方法研究

月壤/月尘会附着并污染航天器、月球车的表面,如果不及时清除,还会进一步诱发部件过热、机械机构卡死、密封失效、材料磨损等一系列问题.本文综述了关于月尘特性、月尘与航天器系统的互相作用机理、月尘环境模拟方法等方面的研究成果,提出了一种小型月尘环境模拟系统的设计方案.该系统将使关于月尘特性的实验研究成为可能,并可作为登月飞船及月球车材料选择、机械机构可靠性试验、除尘策略试验的平台.      

太空中的PM2.5——太阳系尘埃动力学研究进展

对太阳系尘埃动力学所涉及到的基本内容进行概述，包括尘埃的种类、成分、尺寸、密度、形状和生命周期。介绍了近年来在尘埃的来源与生成机制方面的力学过程、主要理论、模型与方法，包括冲击溅射、表面喷射、风化、滑坡、质量脱落、旋转断裂等，阐述了尘埃的充电过程与磁场环境，简要概述了航天任务的尘埃探测结果，介绍了尘埃受力模型、单个尘埃颗粒的运动以及大量尘埃的分布特征、动力学现象及内在规律方面的最新研究结论。最后对太阳系尘埃动力学领域的未来发展趋势进行了展望。     

高温热源羽流流场及伴生粉尘控制特性

采用CFD数值模拟软件对高温热源上部接受罩的羽流温度场和速度场进行分析,比较不同工况下上部伞形接受罩对高温烟气的控制特性,同时提出合理设置排风罩位置和风量的措施。