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嫦娥五号发动机降落羽流扬尘特性研究

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1251-1261页

作者：张海燕李思新王鹢李存惠张小平王卫东西安电子科技大学机电工程学院西安710071 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理国家级重点实验室兰州730000 澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室中国澳门999078

在月球探测器着陆过程中,发动机羽流与月面相互作用后溅起的月尘是月面环境危害的主要来源。本文以嫦娥五号任务测试数据作为仿真入口条件,采用计算流体动力学(CFD)两阶段法建立了嫦娥五号任务中使用的喷管1∶1模型和真空羽流扩散侵蚀模... 详细信息

在月球探测器着陆过程中,发动机羽流与月面相互作用后溅起的月尘是月面环境危害的主要来源。本文以嫦娥五号任务测试数据作为仿真入口条件,采用计算流体动力学(CFD)两阶段法建立了嫦娥五号任务中使用的喷管1∶1模型和真空羽流扩散侵蚀模型,研究了喷管在不同降落高度下的侵蚀速率,并计算了发动机距离月面高度为0.5~2.0 m范围时月尘颗粒的运动轨迹、扬尘角和速度特性。结果表明,基于剪切应力得到的最大侵蚀速率为8.83 kg/m^(2)s,随着高度增加,侵蚀速率降低,与嫦娥五号降落相机相同高度下的分析结果一致。粒径为1、70ìm的月尘颗粒最大扬尘高度分别为0.72、0.36 m,最大速度分别为2520、1010 m/s。不同粒径月尘的扬尘角范围为1.44°~2.27°,计算的扬尘角与Apollo探月任务中的结果相近。

关键词：月尘羽流扬尘嫦娥五号计算流体动力学仿真欧拉-拉格朗日方法

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月尘沉积对太阳电池短路电流影响的试验研究

真空科学与技术学报 2022年第4期42卷 260-268页

作者：卢子阳王永军李得天王鹢孙彬文张海燕庄建宏邓永胜郭立新东北大学机械工程与自动化学院沈阳110000 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000

本文通过地面模拟实验对空载-负载情况下太阳电池短路电流与光线入射角的关系、不同光线入射角下太阳电池短路电流与月尘沉积质量的关系以及不同粒径范围的月尘沉积对太阳电池短路电流影响关系进行研究。研究结果表明,由于角损耗的原因... 详细信息

本文通过地面模拟实验对空载-负载情况下太阳电池短路电流与光线入射角的关系、不同光线入射角下太阳电池短路电流与月尘沉积质量的关系以及不同粒径范围的月尘沉积对太阳电池短路电流影响关系进行研究。研究结果表明,由于角损耗的原因,无论有无月尘沉积的太阳电池其短路电流与光线入射角的关系均不能用余弦函数近似,且随着太阳电池表面月尘沉积量增加,角损耗现象变得更加明显。其次,在任意光线入射角下,太阳电池的短路电流和沉积月尘的质量的关系都可用指数拟合,但过大的光线入射角会导致太阳电池的灵敏度下降严重。最后,相同沉积质量下,月尘粒径越小,则对太阳电池的遮蔽效果越强,这是由于小粒径月尘颗粒的比表面积更大以及颗粒之间的缝隙更小所致。

关键词：月尘太阳电池短路电流原位测量

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月球环境模拟设备研究及发展分析

真空 2024年

作者：王军伟龚洁许梦龙李强北京卫星环境工程研究所

月球环境模拟设备能够模拟月球表面的温度、真空、月尘等环境因素，以便在地面开展相关的科学研究和试验验证。本文对月球环境模拟设备的发展现状进行了跟踪研究，结合国内外月球环境模拟设备的研制和使用情况，梳理出月球环境模拟设备... 详细信息

月球环境模拟设备能够模拟月球表面的温度、真空、月尘等环境因素，以便在地面开展相关的科学研究和试验验证。本文对月球环境模拟设备的发展现状进行了跟踪研究，结合国内外月球环境模拟设备的研制和使用情况，梳理出月球环境模拟设备研制的关键技术，并针对未来载人月球探测活动所需的月球环境模拟设备提出了发展建议。

关键词：月球月尘环境模拟载人月球探测

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月尘被动防护技术的最新研究进展

物理学报 2021年第6期70卷 9-24页

作者：穆萌张海燕王晓李存惠张小平王明智朱应敏高立波赵呈选陆洋王卫东西安电子科技大学机电工程学院西安710071 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000 澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室澳门999078 港城大-西电微纳制造联合实验室深圳518057 香港城市大学机械工程系香港999077

月球的特殊环境使月尘具有导电等特殊的性质,极易黏附在探测仪器上造成设备的失效,给探月工程带来极大的危害,因此国内外众多研究组针对月尘危害展开深入研究.本文从黏附机理、防护方法和实验测试几方面对月尘的被动防护技术进行综述和... 详细信息

月球的特殊环境使月尘具有导电等特殊的性质,极易黏附在探测仪器上造成设备的失效,给探月工程带来极大的危害,因此国内外众多研究组针对月尘危害展开深入研究.本文从黏附机理、防护方法和实验测试几方面对月尘的被动防护技术进行综述和展望.首先,阐述了月尘对探测设备造成的不利影响及影响因素,进而具体论述月尘黏附的机理,详细介绍造成黏附的两种主要作用力的理论基础.然后,针对不同作用机理系统阐述了降低月尘颗粒黏附力的主要方法,对月尘被动防护技术的最新进展进行了总结.最后,结合防护方式的不同,总结了测试月尘黏附力的方法,从而为有效实现探测设备表面月尘防护奠定基础.

关键词：月尘被动防护黏附机理测试方法

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月球车车轮扬尘及月尘粘附摩擦特性研究

月球车车轮扬尘及月尘粘附摩擦特性研究

作者：郭子琦吉林大学

学位级别：硕士

随着美国Artemis计划的提出,我国也开展了载人登月关键技术攻关。阿波罗报告曾指出,月尘是影响人类登月活动的主要因素。月尘粒径小于20μm,以尖锐状、棱角碎片状为主,且硬度高,粘附性强。宇航员与月球车的运动极易产生扬尘现象,月尘极... 详细信息

随着美国Artemis计划的提出,我国也开展了载人登月关键技术攻关。阿波罗报告曾指出,月尘是影响人类登月活动的主要因素。月尘粒径小于20μm,以尖锐状、棱角碎片状为主,且硬度高,粘附性强。宇航员与月球车的运动极易产生扬尘现象,月尘极易漂浮,当附着在探测设备表面时会对其产生磨损,甚至导致航天机构卡死,严重损害航天器月面探测工作的有序开展。因此,对月球车轮扬尘及月尘特性的探究是保证月面探测工作稳步进行的必要条件,本文主要研究工作如下。一、从微观的角度研究了月尘颗粒与常用航天器材料表面之间的粘附特性。通过自制悬臂尖端为月尘颗粒的胶体探针,分析了单粒月尘与材料之间的粘附特性,揭示了材料表面的粗糙度对月尘粘附特性的影响规律。试验结果表明:粘附力的大小与材料表面粗糙度密切相关,且小粒径月尘（30μm）产生的粘附相较于大粒径月尘（70μm）高出6个数量级。非金属材料中碳纤维与单粒月尘的粘附力值仅为0.0328,相较其他材料小1个数量级,而聚酰亚胺粘附力最大,为碳纤维的16.4倍。金属材料中镁合金粘附力值最小仅为0.0462,铜合金粘附力值最大为镁合金的5.8倍。二、在粘附力测试的基础上,选取三种典型的金属样件,采用UMT-3试验机进行了月尘的摩擦特性的实验研究。实验结果显示,在三种材料中,铝合金对月尘的磨损最大,不锈钢最小,且在初始摩擦试验阶段,所测得到的摩擦系数值与样件的固有属性（硬度、刚度等）之间无明显关联。月尘颗粒越小,对金属材料的磨损作用越大,摩擦系数高出0.04左右。三、为深入研究产生月尘的主要原因—月球车车轮扬尘,本文自行研制了模拟月面环境的扬尘测试试验台,对真空条件下不同齿形月球车车轮扬尘进行了试验研究。试验表明:低速状态下,人字齿扬尘浓度较大而插齿浓度较低。随着速度的增加,四种齿形车轮扬尘浓度明显加大,插齿轮扬尘浓度最大而斜齿轮最小,高速时斜齿最高浓度为插齿的41%,极差值为插齿轮的37.1%。四、为了进一步研究扬尘现象,采用离散元软件EDEM对月球车车轮扬尘进行了模拟与分析,分析了不同齿形、齿高、齿密以及不同重力条件下下的车轮扬尘高度及扬尘量大小。仿真结果显示:扬尘量大小顺序与试验过程中高速状态下相同,且扬尘量随着齿轮密度的增加而降低,随着齿高的降低而减少,月球重力下扬尘量约为地球状态下的2-4倍。综上所述,本文分析了月尘与常用材料之间的粘附以及摩擦磨损特性,揭示了月尘与常用材料之间的粘附与磨损规律,结果可为后续航天器选取关键零部件材料提供参考。此外,试验研究了四种齿形车轮的扬尘特性,揭示了车转速与扬尘量之间的关系,并通过离散元模拟分析,研究了微重力以及车轮其他参数对扬尘特性的影响,可为载人月球车车轮设计提供依据。

关键词：月尘摩擦磨损月球车车轮扬尘粘附

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月尘对太阳电池阵开路电压影响研究

太阳能学报 2015年第3期36卷 551-555页

作者：孙永卫曹鹤飞原青云军械工程学院静电与电磁防护研究所石家庄050003 石家庄学院物理系石家庄050035

通过地面模拟实验获得月尘对光线遮挡效果数据,结合月尘和光传输特性,拟合出一新的月尘对光线遮挡数学模型。理论计算结果与实验数据进行对比,验证该模型的准确性。发现随着月尘厚度线性增加而光线的透过率呈指数下降。通过月尘吸附对... 详细信息

通过地面模拟实验获得月尘对光线遮挡效果数据,结合月尘和光传输特性,拟合出一新的月尘对光线遮挡数学模型。理论计算结果与实验数据进行对比,验证该模型的准确性。发现随着月尘厚度线性增加而光线的透过率呈指数下降。通过月尘吸附对太阳电池阵开路电压影响的研究,提出一个新的解析表达式。地面模拟实验获得月尘对太阳电池阵开路电压影响数据,理论计算结果与实验数据进行对比,验证该理论模型的可行性和准确性。发现随着月尘厚度线性增加太阳电池阵开路电压呈指数下降。

关键词：月尘遮挡太阳电池阵电压

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月尘的性质及危害评述

地球科学（中国地质大学学报） 2013年第2期38卷 339-350页

作者：张森森王世杰李雄耀李世杰唐红李阳于雯中国科学院地球化学研究所月球与行星科学研究中心贵阳550002 中国科学院大学北京100049

月尘是广泛分布于月球表面的微小颗粒,大小约在30nm～20μm之间,95%以上小于2μm,中值粒径约为100～300nm,形态复杂多变,以玻璃小球、气泡构造、棱角状碎片为主,含有大量纳米颗粒金属铁和玻璃质,玻璃质含量超过50%,尤其是<2μm的部分中... 详细信息

月尘是广泛分布于月球表面的微小颗粒,大小约在30nm～20μm之间,95%以上小于2μm,中值粒径约为100～300nm,形态复杂多变,以玻璃小球、气泡构造、棱角状碎片为主,含有大量纳米颗粒金属铁和玻璃质,玻璃质含量超过50%,尤其是月壤基本类似,在不同地貌单元也体现出SiO2含量的差异.月尘的成分和颗粒特征使其具有独特的电磁性质和生物毒性,容易粘附于航天器表面和进入航天员体内,危害航天器和航天员的安全和健康,严重影响月面探测的正常实施.因此,对月尘的研究是保证月面探测工程正常实施的迫切需要;同时,月尘是月球表面物质经历长期的太空作用形成的,在颗粒成分和结构特征上保留了其演化过程的重要信息,是研究月表物质和大气演化、太空风化作用等科学问题的关键线索.但是目前对月尘的颗粒微观成分和结构差异、电磁特性和光学特性,纳米金属铁的特征和成因等方面的研究还不够深入,限制了月表物质演化历史的研究和月尘粘结腐蚀性、生物毒理学具体机理的认识.在月尘研究中利用模拟月尘弥补月尘样品稀缺的局限,并通过模拟实验加强以上方面的研究,能够更好地满足科学问题和工程探测的实际需要.

关键词：月尘颗粒性质危害模拟月尘

月球车光伏玻璃表面微织构对月尘沉积量的影响

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表面技术 2021年第10期50卷 157-168,229页

作者：李嘉琪李航虞跨海薛玉君河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南科技大学土木工程学院河南洛阳471003 河南科技大学河南省机械设计及传动系统重点实验室河南洛阳471003

目的减少月尘在光伏玻璃表面的沉积,提高光伏玻璃的自清洁性能,为月球车用太阳能光伏电池提供设计依据。方法在光伏玻璃表面制备了形状规则、排布均匀的圆形、正方形和正六边形柱状凸起表面微织构。使用火山灰岩石制备模拟月尘颗粒来代... 详细信息

目的减少月尘在光伏玻璃表面的沉积,提高光伏玻璃的自清洁性能,为月球车用太阳能光伏电池提供设计依据。方法在光伏玻璃表面制备了形状规则、排布均匀的圆形、正方形和正六边形柱状凸起表面微织构。使用火山灰岩石制备模拟月尘颗粒来代替月尘进行试验。搭建月尘沉积试验系统,在不同工作角度、不同月尘量下,使用含有表面微织构的设计试样和不含表面微织构的对比试样进行月尘沉积试验。月尘沉积试验后,使用金相显微镜观察表面微织构试样和对比试样,统计月尘沉积量并进行比较分析。结果不同工作角度以及不同月尘量下,3种结构形状的表面微织构均可以有效减少月尘在光伏玻璃表面的沉积,具有良好的自清洁性能。在工作角度为30°、45°、60°下,随着工作角度的增加,表面微织构的自清洁性能逐渐增加。工作角度为60°时,圆形表面微织构的月尘沉积量为对比试样的21.74%,正方形表面微织构的月尘沉积量为对比试样的26.92%,正六边形表面微织构的月尘沉积量为对比试样的18.64%。在月尘量为3、5、7g下,随着月尘量的增加,表面微织构的自清洁性能先增强后减弱。月尘量为5g时,圆形表面微织构的月尘沉积量为对比试样的26.71%,正方形表面微织构的月尘沉积量为对比试样的26.43%,正六边形表面微织构的月尘沉积量为对比试样的19.24%。3种结构形状的表面微织构中,正六边形表面微织构的自清洁性能最好,圆形表面微织构次之,正方形表面微织构最差。结论通过在光伏玻璃表面制备出表面微织构,可以减少月尘在光伏玻璃表面的沉积,增强光伏玻璃的自清洁性能。

关键词：太阳能光伏电池光伏玻璃月尘表面微织构沉积量自清洁性能

月尘环境下太阳入射角对太阳能电池输出特性影响研究

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真空与低温 2022年第2期28卷 243-248页

作者：孙彬文杨生胜张海燕王鹢卢子阳王永军庄建宏兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000

在月表环境中,月尘沉降在太阳能电池表面会改变太阳能电池的输出特性,降低太阳能电池效率和使用寿命。通过理论分析建立了模型,计算得到了太阳能电池输出参数与太阳光入射角度之间的关系;搭建了测试平台,测量了不同入射光角度(0~90°)... 详细信息

在月表环境中,月尘沉降在太阳能电池表面会改变太阳能电池的输出特性,降低太阳能电池效率和使用寿命。通过理论分析建立了模型,计算得到了太阳能电池输出参数与太阳光入射角度之间的关系;搭建了测试平台,测量了不同入射光角度(0~90°)下太阳能电池输出特性,得到了太阳能电池短路电流、开路电压和转化效率等参数随太阳光入射角的变化曲线,该曲线变化趋势与模型预测结果相符。研究可用于未来在轨太阳能电池的标定及月尘测量数据的反演。

关键词：月尘太阳能电池输出特性太阳入射角月尘颗粒