月壤原位利用工程技术发展浅析

月壤原位利用技术作为月球资源原位利用技术体系中的重要环节,相关技术的工程化应用是未来实施月球探测及资源开发的重要内容,也是实现自给式月球探测和开发的起点。文章基于国内外月壤原位利用技术的发展现状和趋势,给出了月壤原位利用的工程技术路线。结合近期任务工程化实施的问题和难点,简要梳理了月壤原位制氧和月壤原位成型的技术方案和发展思路,旨在为后续月球资源探测和开发提供借鉴和指导。     

模拟月壤激光熔融成型工艺参数试验初探

月壤3D打印可以实现月球的原位资源利用,有望成为月球基地建设和持久运营维护的关键技术手段。文章综述了模拟月壤激光3D打印方法的研究现状,搭建了以CUG-1A模拟月壤为原料的激光熔融成型原理试验系统,并开展了常规环境工艺参数的初步试验。结果显示:激光功率和扫描速度影响激光熔融深度和直径,是模拟月壤激光熔融成型的关键工艺参数;模拟月壤熔融成型过程易出现孔洞、球化等典型缺陷,需要进一步对月壤激光相变机理和上述成型工艺参数进行解析优化。     

月面设施原位建造技术的研究进展

月面设施原位制造技术是未来航天科技发展的热点技术之一。以美、欧为代表的航天强国及组织均开展了月球原位制造技术的研究,研制了原位制造设备,并开展了相应的地面工艺验证工作,积累了有价值的试验数据和技术参数。在充分调研及跟踪国内外月面设施原位建造最新成果的基础上,系统分析国内外月面设施原位建造技术的发展思路,为我国月球基地的建造提供参考,对我国的载人登月、月球基地等月球探测任务的实施具有重要意义。     

含冰月壤冻土钻取采样方案设计与验证

我国探月工程四期拟在月球南极开展着陆探测,目标之一是对月球永久阴影坑内的含冰月壤冻土进行采样和原位分析。根据对月壤采样分析技术特点和永久阴影坑环境条件的分析和总结,认为采样方案需要具有月壤冻土高效钻进、重复使用多点采样和获取碎屑形态样品的能力,由此提出使用深槽螺旋钻以回转冲击钻进模式进行月壤冻土采样的方案。从提高钻进能力、保证采样能力2个方面对深槽螺旋钻结构和作业规程的关键参数进行识别、分析与设计。使用CUG-1A模拟月壤,对钻具的钻进能力和采样能力进行解耦性试验验证,在4.0%含水率高密实度模拟月壤冻土中,钻具可以在140 N钻压力条件下达到45.8 mm/min的平均钻进速度,获取7 g以上月壤样品。文章的研究结果验证了使用深槽螺旋钻进行月壤冻土钻取采样的可行性,可为我国未来开展月球极区含冰月壤采样探测提供可选方案。     

月球资源原位利用进展及展望

利用丰富的月球资源制造产品和开展各项服务对人类月球探测任务至关重要。文章对NASA月球资源原位利用项目的目标、技术路线、技术成熟度和制氧技术进行了综述,并针对适用于我国的月球资源原位利用项目提出建设性意见。     

国防科技工业局发布绕月探测工程全月球影像图

绕月探测工程嫦娥一号卫星自2007年10月24日发射至今,已完成一年的在轨运行和探测任务,共获取了1．37TB科学探测数据,顺利完成月球表面三维影像探测、月表化学元素与物质探测、月壤厚度探测和地月空间环境探测等4项科学任务。科研人员利用星载CCD立体相机获取的探测数据,制作完成了我国首幅全月球影像图（封底）。     

模拟月壤研究及其在月球探测工程中的应用

在月壤化学成分、物理力学性质等方面研究结果的基础上,文章对国内外模拟月壤的研究进展进行了综合分析,重点阐述了服务于我国嫦娥探月工程的科学探测仪器标定、着陆器组合缓冲性能试验、巡视器移动试验、月表采样试验等研制任务的模拟月壤研究成果及应用情况,包括模拟月壤原料选取及制备工艺,模拟月壤试验场的铺设方法等,结合载人登月等任务需求提出了未来研究工作的发展建议。     

我环月卫星完成首轮联试

我国将于2006年发射的绕月卫星的全部探测仪器目前已经研制成功,1月6日完成了首轮联合测试。该卫星将对月球资源和空间环境进行为期1年的探测。绕月卫星的主要任务是获取月表三维立体影像、分析月表有用元素含量和物质类型的分布特点以及探测月壤厚度和地球到月球之间的空间环境。此次测试的探测仪器共有24件,都是为实现这些目标而设计的。它们包括伽马射线谱仪、X射线谱仪、专用相机、成像光谱仪、太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器等。下一步科学家们将重点解决这些仪器在火箭发射时的振动、冲击以及空间真空、高低温和辐射环境中正…     

月尘累积特性测量技术研究与应用

月尘是月球环境对月球探测器影响中的一个重要因素。文章针对月表的自然环境和月尘累积特性分布机理,开展对月尘累积特性的测量技术研究,提出了采用黏性石英晶体微量天平(SQCM)和太阳电池短路电流两种测量方法,分别测量月表自然悬浮月尘的累积特性和着陆月表时扬起的月尘量,并在此基础上设计了月尘测量系统。该测量系统包括SQCM探头、太阳电池探头和电控箱,地面标定试验结果验证了其设计的可行性。此测量系统成功应用于嫦娥三号月球探测任务中,并实现了月尘累积特性的在轨原位测量。     

用于深层月壤采样返回的软质取心袋的设计与测试验证

月壤钻探采样技术尤其无人自主采样返回技术是我国探月工程的关键技术之一。文章提出了一种适于深层月壤钻探采样的取心机构,能够实现对月壤样品的原位包裹,以保持样品的层理特性信息。该机构选用Kevlar作为包裹样品用的软质取心袋材料,采用满足要求的编织工艺织造出致密薄壁的软袋,并对软袋进行了翻转抽拉力、力学性能及涂层测试分析等测试试验,验证其可满足深层月壤钻探采样任务的需求。     

“嫦娥三号”探测器月尘环境分析及试验要求

"嫦娥三号"是我国首个成功实施地外天体表面就位探测的航天器,在其研制过程中充分考虑了月面环境对探测器的影响,开展了针对性设计及地面验证工作。文章综述了探测器针对月尘环境方面的设计因素,总结了月面月尘激扬的因素及其相关数值分析工作,对月尘验证试验的设计及条件制定进行了说明。相关结果或工作思路可为后续月面探测器及火星表面探测器的研制提供参考。     

着陆冲击仿真月壤本构模型及有限元建模

为建立合理的月壤有限元模型用于着陆器着陆冲击动力学仿真分析,在对已知月壤的相关力学特性参数和试验数据进行分析推理的基础上,推断出月壤屈服面在低围压条件下可能会呈现出剪切膨胀特性,而在高围压条件下则可能会呈现出塑性压缩和应变硬化特性,因此定性地选择帽盖德鲁克-普拉格（Cap Drucker-Prager,CDP）模型作为月壤本构模型。模型的参数通过月壤或模拟月壤的试验数据定量地标定。对着陆器地面着陆冲击试验进行有限元建模和仿真分析,仿真结果表明：模型参数的标定方法是合理可行的;CDP模型可以准确模拟月壤在着陆冲击载荷下的动力学响应,可用于着陆冲击动力学仿真月壤有限元建模。对月壤模型参数进行了参数分析,并评估了月壤模型参数对着陆器着陆冲击性能的影响。     

Analytical definition and proposed concept for the manned infrastructure of a lunar outpost

A recent study made by ESA has reviewed the scientific investigations to be only, or best, performed on the Moon (Return to the Moon, ESA SP-1150, June 1992), and has identified the need for a manned lunar outpost to provide support to field geologists in sampling and in-situ observations of the lunar surface, and to allow the refurbishments of surface stations and rovers. Planning and development for a manned outpost on the Moon requires an in-depth understanding and analysis of the functions this outpost is expected to perform. We therefore analyzed the impact of the proposed scientific investigations on the design of a manned lunar outpost. The specific questions raised in our study were: What are the medical, physiological and psychological risks for a crew to stay and to work on the Moon? What transit and lunar surface infrastructures (habitats and vehicles) are needed to minimize those risks?     

无人月球基地总体初步设想

构建月球基地是月球探测的核心目标之一。作为一个巨型项目,月球基地总体建设涉及空间运输、能源、结构构建、月面移动、资源利用、科学探索、测控通信等诸多方面。文章尝试论述构建无人月球基地的任务目标、核心功能与组成、概念方案、实施步骤等核心要素,提出构建无人月球基地的总体思路,为未来月球基地任务的实施提供参考。     

SinterHab

This project describes a design study for a core module on a Lunar South Pole outpost, constructed by 3D printing technology with the use of in-situ resources and equipped with a bio-regenerative life support system. The module would be a hybrid of deployable (CLASS II) and in-situ built (CLASS III) structures. It would combine deployable membrane structures and pre-integrated rigid elements with a sintered regolith shell for enhanced radiation and micrometeorite shielding. The closed loop ecological system would support a sustainable presence on the Moon with particular focus on research activities. The core module accommodates from four to eight people, and provides laboratories as a test bed for development of new lunar technologies directly in the environment where they will be used. SinterHab also includes an experimental garden for development of new bio-regenerative life support system elements. The project explores these various concepts from an architectural point-of-view particularly, as they constitute the building, construction and interior elements. The construction method for SinterHab is based on 3D printing by sintering of the lunar regolith. Sinterator robotics 3D printing technology proposed by NASA JPL enables construction of future generations of large lunar settlements with little imported material and the use of solar energy. The regolith is processed, placed and sintered by the Sinterator robotics system which combines the NASA ATHLETE and the Chariot remotely controlled rovers. Microwave sintering creates a rigid structure in the form of walls, vaults and other architectural elements. The interior is coated with a layer of inflatable membranes inspired by the TransHab project. The life-support system is mainly bio-regenerative and several parts of the system are intrinsically multifunctional and serve more than one purpose. The plants for food production are also an efficient part of atmosphere revitalization and water treatment. Moreover, the plants will be used as a “winter garden” for psychological and recreational purposes. The water in the revitalization system has a multifunctional use, as radiation shielding in the safe-haven habitat core. The garden module creates an artificial outdoor environment mitigating the notion of confinement on the lunar surface. Fiber optics systems and plasma lamps are used for transmission of natural and artificial light into the interior.