Analysis of microwave brightness temperature of lunar surface and inversion of regolith layer thickness:Primary results of Chang-E 1 multi-channel radiometer observation

In China’s first lunar exploration project, Chang-E 1 (CE-1), a multi-channel microwave radiometer was aboard the satellite, with the purpose of measuring microwave brightness temperature from lunar surface and surveying the global distribution of lunar regolith layer thickness. In this paper, the primary 621 tracks of swath data measured by Chang-E 1 microwave radiometer from November 2007 to February 2008 are collected and analyzed. Using nearest neighbor interpolation based on the sun incidence angle in ...     

高温熔盐体系惰性阳极与月壤电解制氧技术

目前,熔盐电化学冶金普遍采用炭素阳极,阳极CO₂产物是重要的碳排放源。若在高温熔盐体系中使用惰性析氧阳极,则可实现熔盐电解过程低碳排放。因此,开发适用于熔盐电解体系的惰性阳极至关重要,也是近年来国内外研究热点。本文首先综述了各种高温熔盐体系惰性阳极的研究进展,所涉及熔盐体系包括:铝电解氟化物盐、CaCl₂熔盐、碳酸盐和熔融氧化物等。另外,近年来月球开发利用受到广泛关注,太阳能驱动的月壤原位熔盐电化学制氧,将是支撑人类未来月面生存氧气需求的重要方法之一,故惰性析氧阳极不可或缺。因此,本文也简要综述了基于惰性阳极的月壤电解制氧技术。      

深槽螺旋钻月壤采样流动特性分析

面向未来围绕水冰的月球极区月壤采样与原位分析任务需求,使用深槽螺旋钻具实现月壤采样是一种较有优势的方法。但目前关于深槽螺旋钻具对于月壤的采样特性尚未见充分的研究报道,且由于有别于传统浅槽螺旋钻的结构特点,已有理论成果的适用性不佳。本文建立了一种用于描述深槽螺旋钻具对月壤输送特性的动力学模型,能够建立采样效果与钻具结构、钻进规程参数的响应关系。使用CUG-1A模拟月壤,钻进规程参数对螺旋槽内捕获月壤样品密度的影响进行了实验测试,测试结果验证了模型的正确性。研究结果表明：进给速度对于采样密度的影响较小,而钻具转速的影响较大;转速与进给速度的不同组合使深槽螺旋钻的输送模式存在摩擦输送、挤压输送和堵钻3种模式,为获得较好的采样效果,应该将规程参数控制在挤压输送模式的区间内。     

低应力水平下CAS–1模拟月壤力学特性试验研究

"月壤采样"工程中的关键问题是,月面特殊环境条件下钻取机具与月壤之间的相互作用机制。针对CAS–1模拟月壤在低应力水平下的力学特性,开展直剪、压缩、三轴试验。研究表明:(1)低应力水平下,当孔隙比e=0.8~1.1时,黏聚力c=2.8~5.0 k Pa,内摩擦角?=39.84°~41.09°,压缩曲线表现出先上凹、再下凹的变化特征;当e=0.9~1.1时,初始压缩模量E0=12.647~3.923 MPa,应力–应变曲线分为硬化和软化阶段,软化下降速率较快,残余强度持续时间较长,应力比曲线分布集中。(2)低应力水平下,e越小,峰值偏应力/应力比越大,峰值轴向应变越小,但均在2%~5%范围,残余强度/应力比越大,持续时间越长。(3)初始切线斜率?、峰值应力比?f、残余应力比?r均与围压P0成一定对数线性关系,但在低应力水平下,?下降较慢,初始切线模量Gi(1/?)变化幅度较小,而?f与?r均下降较快。     

微波辐射计对月面特征参数的遥感理论模拟

根据现有的多通道被动辐射计技术，讨论微波辐射遥感月壤月岩特征参数的几个问题。由半空间非均匀温度、介电廓线分布的耗散介质的月壤模型与WKB方法，计算了月壤的多通道微波辐射传输的权重函数与相应的穿透深度。提出模拟多层月壤月岩的多层密集粒子介质辐射传输的一种建模，在各有关参数条件下计算了各通道的多层月壤月岩辐射亮度温度。并以此结果为理论观测，讨论了月壤厚度等参数反演可予以实施的方法。     

探针法测量月壤温度的可靠性分析

建立了月表辐射条件下探针和月壤组成的多层介质内二维非稳态导热模型.采用非均匀网格,数值模拟了月壤和探针间的耦合热效应,分析了探针所表征月壤温度的可信度.结果表明,因初始条件不同,探针插入后和月壤互有影响,其中探针对月壤的影响范围及时间有限.由于月壤深度方向上温度梯度的影响,探针不同位置的温度值不同.月壤的弱导热性导致探针的温度值与月壤的存在偏差,且差值并不一定随测量时间的增长而变小.     

轻载荷条件下的筛网轮沉陷

针对月面低重力环境,采用轮上载荷为20~60 N的轻载荷条件,以车轮轮上载荷和速度为试验因素,车轮沉陷为试验指标设计正交试验方案,在模拟月壤3种不同状态下进行筛网轮土槽试验,采集车轮实际沉陷值,并利用激光轮辙形貌测量装置扫描轮辙,采集表观沉陷值。通过回归分析,拟合得到模拟月壤不同状态下筛网轮沉陷关于轮上载荷和速度的二元线性回归方程,方程拟合较好,置信度均为0.99,且相关系数均在0.9以上。对比车轮实际测量沉陷值和回归方程计算沉陷值,二者相对误差范围为0.34%~8.24%。轮辙的表观沉陷与相应的实际沉陷变化趋势一致,且二者沉陷差值随轮上载荷增加呈现线性增加规律,本文结果可为通过轮辙表观沉陷预测车轮实际沉陷提供依据。     

基于ABAQUS的月壤有限元建模及仿真分析

在月球探测设备设计初期阶段,建立较为精确的月壤有限元模型,对于仿真和分析探测工具与月壤的相互作用情况至关重要.阐述了用ABAQUS软件建立月壤有限元模型的优越性,介绍了建模方法,包括本构模型的选择、月壤参数的确定,以及具体的建模步骤,并通过算例证明了该模型的有效性.该模型亦可转化为动力学模型,与ADAMS进行联合仿真分析.     

不同重力下月壤水平推剪阻力离散元数值分析

月面环境下重力场仅为地面环境下的1/6,研究重力场对于开挖阻力的影响,对优化设计月面环境下开挖设备具有重要意义。采用离散单元法模拟不同深度不同重力场下的月壤水平推剪试验(简化的土–开挖机械间相互作用模型),分析了重力场对开挖试验中推剪阻力、能量消耗和破坏面的影响,最后建立推剪阻力与重力场的关系。结果表明:相同推剪深度下,随重力场增大推剪阻力和能量消耗均增加,推剪前方受扰动土体范围减小;随推剪深度增加,推剪阻力增加。     

大颗粒岩块对月壤钻取过程的影响分析

针对月壤钻取采样过程中存在大颗粒岩块情况进行三维离散元动态仿真分析。建立考虑扭转、弯曲力矩及等效引力作用的新型三维离散元月壤模型,通过三轴仿真试验进行细观参数标定,得到黏聚力为0.90 kPa,内摩擦角为42.25°的满足真实月壤宏观力学指标的仿真模型。针对月壤内层存在大颗粒情况设计4种采样工况分别进行仿真分析,监测大颗粒运动轨迹与采样效率,发现了“旋入效应”、“纵向运移效应”与“阻塞效应”,仿真结果表明岩块粒径大小直接影响采样结果：当岩块粒径小于钻头“虚拟切削圆”时,其无论存在于任何位置对采样效率与后续样品缠绕收集均无明显影响;当岩块粒径大于“虚拟切削圆”时,阻塞现象严重,样品收集困难,极易导致采样失败。研究结论对月壤钻取采样控制设计与钻具结构设计具有重要的工程参考价值。