阿波罗月球样品介电参数测试综述

介电常数是衡量月球介电特性的重要参数。利用月球介电参数可以反演月壤厚度、密度等重要物性参数,有助于研究月球地质构造和地质演化历史。获取月表介电参数的方法主要为雷达远程遥测、月表雷达就位探测和月球样品测量,其中月球样品测量是最为直接有效的测量方式。阿波罗任务总共获得了约381 kg月球样品,总结了阿波罗月球样品介电参数测量方法,分析了测试结果。测试结果表明,频率、温度、湿度、密度和氧化物等因素会影响样品介电参数测量。在后续样品介电测试中,需要考虑这些因素。

美国阿波罗月球样品的处理与保存

中国嫦娥工程三期将进行月球样品的采集与返回,这是继美国Apollo和前苏联Luna之后,国际上最新的月球样品返回计划。月球样品的存储与管理方法将成为中国探月工程中亟待解决的重要问题之一。特别是如何最大程度地保持月球样品的科学研究价值,避免或减少可能的样品污染等问题,不仅为工程部门所关心,也是月球科学家所极为关注的问题。文中主要回顾和总结了美国Apollo月球样品的处理与保存方法,包括月球样品实验室简况、月球样品初步处理方法、月球样品初步测试分析及相关实验简介和月球样品的保存方法等内容,以期为中国月球样品的返回和地面存储提供有益的借鉴。

月球样品自动封装技术的可行性探讨

月球样品自动封装技术是在月表环境下,实现样品容器自动开合、密封、锁紧的技术。我国的探月工程三期和国外的月球取样任务具有明显的技术区别,所以月球样品的封装也必须符合自身的技术特点。文章通过借鉴国外成功经验和我国探月技术的特点,提出了一种月球样品封装技术方案,并对该封装技术方案的实现进行了分析,同时还考虑了月球环境因素的影响。

我国月球样品的处理和保存

如何在月球样品的处理和保存过程中避免或尽可能减少样品的污染,最大限度保持月球样品的科学研究价值,是中国探月工程三期重点关注的问题之一。针对月球样品保存和处理的要求,借鉴美国Apollo月球样品处理和保存的经验,结合中国实际,制定了具有中国特设的月球样品处理和保存的方法,规划了月球样品处理和保存的工作流程,开展了月球样品初步处理和保存方法的研究,研制了月球样品初步处理和保存的装置,策划了后期月球样品将进行的初步试验,为中国探月工程三期月球样品处理和保存工作的开展做好了准备。

采用视觉伺服的月球样品容器夹持控制方法

嫦娥五号探测器月面采样封装任务需利用采样机械臂及其末端执行机构夹持样品容器,为克服非结构化月面环境对机械臂控制造成的不可知影响,确保精确夹持样品容器,提出并设计了一种视觉伺服样品容器夹持的控制方法和系统。系统通过固定安装相机和“眼在手”相机协同获取机械臂末端执行机构以及样品容器特征,采用扩展卡尔曼滤波算法对机械臂末端执行机构位姿的控制参数进行估计,消除控制位姿的轨迹抖动,实现了对样品容器的精确夹持。最后,通过分析在轨月球样品容器被夹持过程的数据和图像,验证了该视觉伺服控制方法和系统设计正确有效。

月球样品封装装置金属密封结构的参数计算

嫦娥五号探测器的月球样品封装装置采用了一种金属密封技术,嫦娥五号也证明了这种密封技术的正确性,但这种金属密封的参数是通过大量的实验得到的,为此,本文通过对大量实验数据的分析,为这种金属密封结构提出了一种计算方法和相应的参数模型,计算值和实验测试结果的误差不大于5%,该算法符合了设计偏差的要求。研究成果对嫦娥五号月球样品封装技术应用的推广具有重要的参考价值。

月球样品充氮保护密封技术的研究

我国进行月球探测的核心目标之一就是采集样品返回地球,并保证样品不受污染,密封技术就成为月球探测的关键技术之一。本文对调研到的国外地外星体采样封装技术进行分析比较,提出了一种采用样月球样品充氮保护密封技术,并通过理论计算分析了充氮保护密封技术的可行性,设计充氮保护密封试验,试验结果表明:充氮保护密封技术能够有效地保护月球样品,防止地球大气污染月球样品。

中国有哪些月球样品?

中国科学院地质与地球物理研究所博物馆珍藏一件阿波罗(Apollo)月壤样品,但其身世一直不清。根据获得的颗粒组成、形貌、粒度及成分等多方面资料,它属于阿波罗11号样品无疑,确切的样品编号应该是10084。推测该样品可能是1971年春季“乒乓外交”时期,美国政府赠送给中国的礼品。通过进一步的梳理发现,我国目前保存有多件阿波罗月球样品。具体包括中国科学院地质与地球物理研究所博物馆的阿波罗11号(10084)、中国台中自然博物馆的阿波罗11号(10085)、中国国家博物馆的阿波罗12号(12001或12070)和北京天文馆的阿波罗17号(70017),以及浙江省和上海市可能保存的阿波罗15号。目前不排除在民间或其它机构,有少量其它月球样品的保存。这些样品是20世纪70年代中美两国外交关系发展的见证,具有重要的史料价值。结合我国嫦娥五号返回的样品,这些月球样品对我国科学家研究月球的形成演化提供了极为重要的参考对象,因而也具有重大的科研价值。

月球样品地面转移过程中防污染措施研究

月球样品密封封装装置在返回地面后进行解封、样品转移、样品存储、样品制备、样品分析等过程中,如果样品暴露于大气环境中将与大气反应。基于样品保护及防污染的需求,系统地介绍了在月球样品地面转移过程中采取的污染防护措施。同时,提出密封封装装置地面解封和分样设备的设计构想,分析计算污染防护设备的主要环境指标。

月球样品存储装置设计

月球样品存储装置主要用于对月球样品进行保存、观察分析等工作。存储装置内部直接放置月球样品,为月球样品提供高纯氮气环境,保证样品不受地球环境污染。为确保存储装置内的水、氧指标满足要求,存储区和外部净化系统之间需建立动态气体循环,而存储装置内部气流扰动会对样品操作产生影响。本文给出了月球样品存储装置组成及三维结构,建立了存储区分析计算的模型,利用Tetra/Mixed法建立了四面体网格,对比计算了不同氮气循环接口布局对内部流场的影响,计算结果表明,下进下出接口可有效降低内部流场扰动。研制的月球样品存储装置内部环境水、氧指标均优于0.1×10^(-6),满足月样存储要求。

小子样试验法在月球样品容器密封可靠性评估中的应用

为解决月球样品容器密封可靠性评估的问题,将目前常用的可靠性评估方法引入并应用于对其可靠性的评估。经分析比较,选择所需子样数最少的最大熵试验法作为最终评估方法并详细介绍评估过程。该方法选取容器的密封漏率作为表征密封性能的特征量,通过在临界工况点进行试验和计算来实现可靠性评估。同时,针对密封漏率数值的特殊性提出了其裕度值的计算方法。结果表明,利用最大熵试验法仅通过少量试验即可评估出月球样品容器密封可靠度优于0.9999(置信度0.90),并经计量法评估方法进行复算,结果一致、可信。

月球样品密封封装装置

嫦娥五号的核心任务是采集月球样品并返回地面,月球样品密封封装装置是嫦娥五号的核心装置之一,是唯一盛装钻取及表取月球样品并自动密封、携带"原汁原味"月球样品返回地面的装置。密封装置的成败决定了探月三期任务的成败。承担了国内首次地外天体样品无人自动密封任务。设计的首套无人自动月球样品密封系统,主要由密封装置(主体框架、密封容器组件、盖体组件、开合机构组件)和控制单元组成,镂空的主体框架上分布着用于转移的棘齿和导向柱,采用钛合金和铝合金保证了结构强度和刚度,最大限度地减轻了重量,如图1所示。

一种用于对月球样品自动密封锁紧的设计

我国探月三期工程关键任务之一是在无人状态下采集月球样品并返回地球,并且能够维持月球样品原态,保证地面数据分析的准确性。针对我国月球采样任务的特点,并通过借鉴国外的成功经验,文章设计了一种密封结构和锁紧机构能够对月球样品进行自动密封。该设计能够实现对月球样品极低漏率的真空密封,并能够经受预示的力学环境条件后依然保持样品容器的漏率。通过地面试验验证,达到预期目标,满足我国月球采样任务的需要。

一种用于月球样品转移的喷气装置

我国探月三期工程重要成果之一是采集月球样品并返回地球,由于我国尚无环月轨道样品转移操作的成功实践,可靠的转移技术是月球样品顺利转移的关键。基于这一目的,提出了一种喷气式月球样品转移装置。介绍了装置组成及工作方式,实现了基于连续射流理论的流场模型建立。根据该模型在ADINA软件进行了初步的气体流场仿真,并进行了地面验证试验。试验结果表明喷气装置能够顺利实现样品转移功能,可为我国月球样品转移提供一定参考。

月球样品解封操作台

2020年12月17日,嫦娥五号顺利返回,带回了无人采集的月球样品。月球样品非常珍稀,其价值无法估量。有研究表明,月球样品对地球大气环境中的水和氧等特别敏感,一旦暴露于地球大气,将与之发生物理或化学反应,使样品失去原有的特性。如何保证在无污染的条件下实现月球样品密封封装装置的解封,使样品的分析结果能反映原始的状况是探月工程三期嫦娥五号任务的关键问题之一,也是亟待解决的工程问题。因此,必须开展月球样品解封装置的研制工作。

一种月球样品容器承力结构的改进设计

月球取样是我国探月工程三期的核心计划内容,月球样品容器是获取样品的关键部件之一,月球样品容器在整个飞行过程中要经受各种复杂动力学环境,它的承力结构是保证样品容器不会因力学环境而失效。为了减轻重量,样品容器采用了一种框架式承力结构,本文对这种承力结构的设计进行了改进,通过理论分析和仿真验证,证明了这种改进后的承力结构的合理性。

中国科学院助力嫦娥五号月球样品采集

2020年11月24日,嫦娥五号探测器在我国文昌卫星发射中心成功发射入轨;12月17日,返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆,探月工程嫦娥五号任务取得圆满成功。在嫦娥五号任务中,中国科学院牵头论证提出科学目标与有效载荷配置方案,承担地面应用系统、有效载荷分系统、甚长基线干涉测量(VLBI)测轨分系统和多项工程关键产品的研制任务,建成国内首个"月球样品实验室"。

NASA要“象征性”购买月球样品 只为开创太空资源开采与使用权的先例

9月10日,NASA发布询价文件,请求愿前往月球并出售50~500克月岩或月壤样品的公司报价。一旦有公司采到了样品并提供了相关证据,NASA将会取得样品所有权,并向该公司付费。那家公司并不一定要把样品运回地球,可留由NASA在未来一项任务中将其取回。这项交易的主要用意是要为月球资源开采和转让开创先例,而并不是想要实际获得用于科研或其它用途的样品。

1731克!嫦娥五号任务月球样品正式交接

2020年12月17日,嫦娥五号返回器携带月球样品于内蒙古四子王旗预定区域着陆,任务取得圆满成功。此后,嫦娥五号返回器安全运抵北京,完成了开舱及相关处理工作,科研人员顺利取出了月球样品容器。经初步测量,嫦娥五号任务采集月球样品约1731克。

那个珍贵的月球样品（下）

月球样品是人类可直接用于实验室分析研究的珍贵物质,它能帮助我们真正的去了解月球。降落到地球上的月球陨石月球陨石是小行星与月球相撞后飞溅出来并降落到地球表面的岩石。月球陨石代表了月球表面的随机采样,目前已有超过360块月球陨石获得了国际陨石学会的命名,回收总重量超过200公斤,被认为代表了月球表面至少40–50个不同区域的物质。大多数月球陨石来自Apollo/Luna着陆点之外的区域,可以说月球陨石是Apollo/Luna返回样品的重要补充,可以帮助科学家们更全面地认识月球表面的物质组成和地质演化历史。