JSC 1A模拟月壤气动开挖试验研究

鉴于月球表面高真空、低重力,以及月壤颗粒极强摩擦性的环境特征,地球上常规的重力式开挖设备在月球上很难完全地发挥其工作性能.而利用高压气体在进入到真空中膨胀的性质来进行月表土壤的开挖,则可避开开挖设备过多的机械摩擦,以及巧妙地利用了月球表面的高真空环境.压缩气体的脉冲喷气方式、开挖设备挖掘管的插入深度、压缩气体的气压值等因素都会影响到气体质量效率,为了研究上述影响因素对于气体质量效率的影响,基于高压气体开挖月表土的理论,自主研发了一套模拟月壤在真空环境下开挖的试验装置.通过对影响气体质量效率的因素进行多工况试验发现:气体质量效率在脉冲喷气方式为开0.5s、关0.5s时最大;气体质量效率与挖掘管的插入深度在一定范围内成正比,即挖掘管插入深度越大,气体质量效率越高;气压值则需要设定合理的值才能使气体质量效率最大.     

嫦娥五号月壤的表面特征研究

嫦娥五号月壤是迄今为止人类采集返回最年轻的月球样品,记录了采样区的太空风化改造历史.研究发现,嫦娥五号月壤颗粒的表面广泛分布有微撞击坑、矿物解理面、气化沉积物、覆盖的玻璃质等典型的形貌特征,反映了在以陨石、微陨石轰击为主的太空风化改造过程中,冲击破碎、熔融溅射、气化沉积等作用对月壤颗粒形貌特征的改造.该结果梳理了月壤颗粒中太空风化作用的典型形貌改造特征,从而帮助我们更好地理解月壤的形成与演化过程.     

月球表面多通道辐射亮度温度的模拟与月壤厚度的反演

为模拟月球表面辐射亮度温度，由月球表面数字高程和月壤厚度实测点数据建立月球表面高度与月壤厚度的一种对应关系，构造了全月球表面月壤厚度的分布. 根据月球表面现有的观测数据，给出月球表面温度随纬度的变化. 这样，由起伏逸散定理，模拟计算了一平行分层月壤多通道微波辐射亮度温度的月球表面分布，为现有的多通道微波辐射技术探月提供一个范例. 以此辐射亮度温度模拟分布为理论观测值，推导了用三个通道辐射亮度温度反演月壤厚度，并分析了反演误差随月壤介电特性、TiO₂+FeO含量等参数可能的变化.     

“嫦娥五号”将去月球取样啦

"嫦娥五号"将去月球啦!它将是我国首个实施月面取样返回的航天器,要去采集一些月壤带回地球,让科学家研究。月球表面,有一层比较厚的"土壤",叫月壤。从月球取月壤返回,是对航天器研制、运载、发射、测控、地面各系统能力的综合考验,美国和苏联已完成。1969年7月16日,美国发射"阿波罗11号",第一次实施载人登月。当月20日,"阿波罗11号"在静海着陆成功。当月24日,"阿波罗11号"带回了21.55千克月壤。     

“嫦娥五号”要奔月

<正>今年,我国将择机发射嫦娥五号探测器到月球。"嫦娥五号"去干什么?它要去探测月球,还要弄点月壤回来。什么是月壤?月壤是覆盖在月球表面的直径小于1毫米、具有黏性的细小粒子。月壤在月球各处的厚度不同,薄的只有几厘米,厚的有五六米。到月球上去,不容易;从月球上抓点月壤带回来,更不容易。"嫦娥三号"在2013年就降到月球上,"看看"这儿,"看看"那儿,可惜     

不同养护温度下模拟月壤地聚合物力学试验与分析

月球基地建设是月球探索的重要目标,利用原位资源进行月球建设是较好选择,可有效降低月球开发建设的风险和成本.利用模拟月壤为原料制备地聚合物进行月球资源就地利用是较为新颖的一种方法.对不同养护温度和NaOH掺量的模拟月壤进行无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验和扫描电镜试验.结果表明:不同条件下模拟月壤地聚合物的应力-应变曲线均表现为应变软化型;高温蒸汽养护可以显著提高材料的抗压强度,但过高的养护温度可能抑制强度的发展,当养护温度60℃且NaOH掺量为4.0％时无侧限抗压强度较大;模拟月壤在碱激发作用下的水化产物为水化硅铝酸盐,适当提高养护温度可较为迅速的生成大量凝胶产物,从而提高抗压强度.     

月球表面物质介电常数:嫦娥五号月球样品的新启示

月表物质的介电常数决定了电磁波在月球次表层的穿透深度,对月球雷达、微波辐射计、月表电磁实验等科学载荷的设计与数据解译至关重要,有助于定量反演次表层结构与物理性质.对月球物质介电常数的了解,目前主要基于主被动微波遥感数据反演和对Apollo, Luna月球样品的实验测量. 2020年12月,我国嫦娥五号探测器从月球正面风暴洋北部成功采集并返回1.731 kg月球样品,为研究月壤介电常数提供了新的样品.本文首先介绍了物质介电常数基础、介质电极化机制、介电常数混合模型和测量方法,接着对月球表面物质介电常数的研究历史与现状进行了系统性梳理与总结,并给出了整个月球表面月壤介电常数的分布图.最后,介绍了我国嫦娥五号着陆区地质背景与月壤特性的最新研究结果,对嫦娥五号月球样品介电常数实验测量给出了建议,并对其潜在科学产出进行了评估.本文对月壤介电常数的梳理与认识,可以为我国后续探月工程中微波遥感载荷设计、雷达数据解译、采样点选取和样品分析等提供理论指导与支撑.     

嫦娥1号卫星微波探月技术机理和应用研究

微波探测仪是嫦娥1号卫星有效载荷之一,主要用于测量不同深度的月壤微波辐射亮温,进而反演月壤厚度的信息并对月球的3He资源量和分布进行评估。这是国际上第一次利用被动微波遥感探测器在月球轨道直接测量月表亮温信息。因此,对月壤辐射传输模型的研究是及其必要的。文章分析了月球微波探测的机理和存在的问题,并给出了初步解决途径。     

TJ-1模拟月壤颗粒几何特性

颗粒几何特性是颗粒材料的一个重要物理性质,是决定颗粒材料力学性质的一个重要因素.针对软着陆模型试验所用的TJ-1模拟月壤颗粒进行了体视显微镜扫描,获取数字图像后用图形处理软件对各粒径组的颗粒进行了几何特性各指标参数的量化统计,获得了模拟月壤颗粒在延伸度、圆度和凹凸度等的具体数值,为进一步研究TJ-1模拟月壤物理力学性质与颗粒几何特性的关系提供了相关试验数据.试验结果表明:TJ-1模拟月壤颗粒具有棱角、钩角、锯齿等不规则结构,表面相对凹凸,大粒径颗粒具有明显的蜂窝状气孔结构;颗粒形状各异,主要形状有长条状、类三角形和类四边形.最后对TJ-1模拟月壤颗粒和真实月壤颗粒在几何特性方面进行了对比分析.     

科技期刊亮点

嫦娥一号微波辐射计观测月球虹湾地区表面物理温度昼夜时间分布月球表面在长期的地质演化过程中形成了一层由尘土、非集结性岩块、碎屑、玻璃熔融物质等构成的月壤层。由于没有大气的热传导,月球表面物理温度昼夜变化极大。2007年10月24日我国成功发射了第一颗探月卫星——嫦娥一号     

文化播报

<正>中国科学家发现月球“迷你水库”近日，中国科学院地质与地球物理研究所研究员胡森、南京大学地球科学与工程学院教授惠鹤九等科学家合作发现，撞击玻璃珠可能是月球的“迷你水库”，一吨玻璃珠中平均可含一斤水。相关研究成果近日发表于《自然—地球科学》。过去20年来，科学家在月球表面发现了许多存在水的证据。有猜想认为，月壤深处存在含水层，驱动着整个月球的水循环。2021年，中科院研究人员在用纳米离子探针检测嫦娥五号月壤样品中的撞击玻璃珠时发现，珠内的水丰度从外至内逐渐递减，形成“环带特征”。胡森表示，“我们的研究证明撞击玻璃珠可能是一个新的月球储水物质，支持了月表水循环的猜想，也解释了像月球一样没有大气的小行星上水的潜在来源。”     

月壤大颗粒对钻进力载影响的仿真及实验研究

采用离散单元法(discrete element method, DEM)和实验方法, 研究用螺旋钻具钻取月壤的过程中, 月壤内部大颗粒位置和构型对钻进力载特性的影响。通过 DEM 方法和实验方法研究结果的对比分析, 明确了DEM方法在钻取动力学中的局限性及有效性, 发现钻进过程中碰到大颗粒时的典型力载特征及影响大颗粒有效拨开的关键因素是表面形态。     

倾听“月壤”的诉说

正""土地"吐生万物者也,在月球上亦是如此,或许在未来的某一天,人类真的可以利用月壤,在月球上建造一座"广寒宫"。""土地"吐生万物者也。不论是青松翠柏,还是绿草红花,都是土壤孕育的绚烂生命。从高山到平原,从陆地到海洋,土壤在地球上随处可见。它们是由地球表层岩石矿物在大气、水以及生物的作用下,发生物理     

嫦娥五号样品——月球遥感定量反演的新地面真值

嫦娥五号任务从月球风暴洋东北部成功返回了1731 g月壤样品.最新返回的月壤有望为月球遥感数据定量反演提供新的地面真值(Ground Truth).本研究中首先利用遥感数据获取了着陆单元的矿物组成和化学成分(FeO,TiO₂, Th),并与嫦娥五号月壤样品实验室分析结果进行对比.二者之间的差异(特别是橄榄石含量)反映了目前利用遥感数据反演元素和矿物含量的方法仍存在提升空间.本研究通过系统地对比分析发现:(1)嫦娥五号月壤具有高铁、中钛、富钍的化学特征,显著区别于已有阿波罗月壤,可为月球遥感研究提供全新的地面真值;(2)嫦娥五号月壤代表了一类发育成熟的年轻月海月壤,外来溅射物占比较小,能够反映着陆区玄武岩的成分特征;(3)嫦娥五号月壤粒径较小,符合Lunar Soil Characterization Consortium (LSCC)提供地面真值的样品标准(<45μm).此外,嫦娥五号着陆区也具有独特性:(1)位于月球正面西部的中纬度地区,不同于美苏样品返回任务所着陆的低纬度区域;(2)位于月球晚期玄武岩单元,区别于已有的光谱定标区.因此,以嫦娥五号月壤实测...     

“嫦娥”系列探月卫星

正嫦娥一号"嫦娥一号"是我国自主研制并发射的首个月球探测器,主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。嫦娥一号于2007年10月24日,在西昌卫星发射中心由"长征三号甲"运载火箭发射升空。嫦娥一号发射成功,我国成为世界上第五个发射月球探测器的国家。     

月球极区冻土模拟月壤钻进试验研究

月球极区已经发现水资源存在的证据,极区水资源的探测、采集与利用技术日益成为世界各国研究的热点。冻土是月球极区水资源存在的重要形式,对极区冻土实施采样返回作业是未来深空探测的重要任务内容。为满足未来冻土采样任务需求,在中国首次开展了冻土模拟月壤采样技术试验研究。基于探月三期模拟月壤制备基础,结合国内外极区冻土类月壤含水量探测与分析信息调研,进行不同含水量的冻土模拟月壤制备,开展钻取试验,初步总结冻土类模拟月壤钻进特性。通过试验得出结论,相较于高密实度的无水模拟月壤,冻土类月壤黏度更大,所需钻进力载更大,钻进过程排粉状态明显不同,需采用的钻进策略也有显著差别,样品形态因含水量不同呈现块状散体或柱状。试验获得了冻土模拟月壤钻进特性第一手资料,可支持后续冻土月壤采样技术深入研究。     

合肥科学岛探月研究四大成果将助月球车登月

怎样在月球表面建立无线传感器网络为月球车导航，怎样避免探月飞行器降落时激起月壤尘埃，怎样为运载火箭节省燃料……由位于合肥科学岛的中科院合肥智能所牵头的“月球探测系统的建模、传感、导航和控制基础理论及关键技术研究”日前取得阶段性进展。四大理论成果将助月球车顺利登月。     

基于光学数据的月壤介电常数的反演

摘要：月球元素含量的反演有利于了解月球物质成分的分布从而对月球矿产资源开发利用提供重要依据,对于月球科学的研究具有重要意义。本文利用LSCC数据和Clementine光学数据在全月球的角度上对月壤中FeO和TiO_2的含量进行反演,并基于回归分析建立介电常数和FeO和TiO_2含量总和的耦合关系,进而对介电常数进行反演,并与实测点的数据进行比较,验证了利用光学数据反演月壤元素含量以及通过回归分析反演介电常数的可行性,为月表反演的研究提供了新的思路。     

基于光学数据的月壤元素、含量反演以及介电常数的反演

月球元素含量的反演有利于了解月球物质成分的分布从而对月球矿产资源开发利用提供重要依据,对于月球科学的研究具有重要意义。利用LSCC数据和Clementine光学数据在全月球的角度上对月壤中Fe O和Ti O_2的含量进行反演;并基于回归分析建立介电常数和Fe O和Ti O_2含量总和的耦合关系,进而对介电常数进行反演;并与实测点的数据进行比较,验证了利用光学数据反演月壤元素含量以及通过回归分析反演介电常数的可行性,为月表反演的研究提供了新的思路。     

法向运动对氦吸附层凝固的影响

氦的吸附是低温物理、表面物理和理论物理共同研究的一个课题.目前这个课题的研究已发展到理论计算可以与实验数据进行定量比较的阶段,这对表面吸附机理的研究很有帮助.最近的一个例子是对氦在石墨表面上的束缚态能级的研究.在实验上,通过氦原子束在石墨表面上的散射,测出了最低的四个能级是-11.7±0.3,-6.1±0.4,-2.6±0.3,-0.9±0.2MeV.在理论上,利用碳原子与氦原子之间的Lennard-Jones势,通过薛定格方程的数值求解,得到的能级理论值是-11.7,-5.94,-2.64,-0.99MeV.理论与实验之间符合得相当好.这就确定了氦原子与石墨表面之间的相互作用,同时给