CLDS-i模拟月尘的基本性质及应用前景

月尘对航天器、航天服性能和航天员的健康存在的危害迫切需要解决,在月尘样品稀缺的条件下,具有很高相似性的CLDS-i模拟月尘是开展尘埃防护技术攻关和毒性机理研究的重要基础。CLDS-i模拟月尘含75%玻璃组分和少量纳米金属铁颗粒,中值粒径为500~600 nm,具有复杂粒形和锋利棱角,其基本性质与实际月尘相似,可应用于月尘科学研究、月尘治理技术、月尘毒理学研究等诸多领域。

月尘环境效应及地面模拟技术

介绍了月球尘的特点及其对探月活动的影响。在分析月球尘环境及其对月面探测器污染、磨损、阻塞、静电效应的基础上,对月球尘环境模拟技术、月球尘扬尘及其运动学和动力学规律、月球尘效应防护及试验评价方法等研究方向和重点提出了一些初步看法。针对研究内容的需求,梳理出一台完整的月球尘地面模拟试验设备应具备真空、温度、太阳风、太阳紫外、月球尘、月面电场、月面磁场等环境因素。在此基础上,设计了一种月球尘地面模拟试验装置方案,并对月球尘环境效应试验方法进行了初步讨论。为月球探测后期任务条件保障建设及相关研究工作提供参考。

月尘/月壤环境效应地面模拟方法研究

月壤/月尘会附着并污染航天器、月球车的表面,如果不及时清除,还会进一步诱发部件过热、机械机构卡死、密封失效、材料磨损等一系列问题．本文综述了关于月尘特性、月尘与航天器系统的互相作用机理、月尘环境模拟方法等方面的研究成果,提出了一种小型月尘环境模拟系统的设计方案．该系统将使关于月尘特性的实验研究成为可能,并可作为登月飞船及月球车材料选择、机械机构可靠性试验、除尘策略试验的平台．

模拟月尘制备及其物理和力学性质研究

在地球上进行的大量与月尘力学性质和机械性质相关的试验研究中,通常采用模拟月尘代替真实月尘。本研究制备了一种适用于月球探测工程试验的模拟月尘,制备工序依次为原材料选取、颗粒粗加工、颗粒精加工、颗粒级配、颗粒混合及预处理。该模拟月尘的颗粒粒径分布、颗粒相对密度、干密度、孔隙比、内聚力和内摩擦角等物理和力学性能参数经分析与国外典型模拟月尘相关参数相近,证明其可应用于月球探测工程试验。

模拟月尘致大鼠肺脏急性损伤病理学变化

目的探讨模拟月尘(lunar soil simulant,LSS)对大鼠肺脏急性损伤的病理学改变。方法采用粒径在5μm以下的CAS-1模拟月壤作为真实月壤的替代物。用无菌生理盐水配制模拟月尘混悬液。通过气管滴注染毒法制备模拟月尘的动物模型,同时与PM2.5及生理盐水组对照,观察染尘不同时期大鼠肺脏的超微结构变化。结果 LSS高剂量组(灌注量1 m L,含7 mg LSS)4 h图片可见肺泡间隔增厚和中性粒细胞浸润;24 h图片可见肺泡间隔增厚和血管内中性粒细胞浸润,以及血管和支气管周围炎。LSS低剂量组(灌注量1 m L,含0.7 mg LSS)4 h图片未见组织明显病变;24 h图片可见肺泡隔轻微增厚,支气管周围有中性粒细胞浸润但比LSS高剂量组轻。PM2.5组4 h和24 h图片均未观察到炎症、水肿。结论 LSS可能具有比PM2.5更强的肺毒性,可引起机体肺实质损伤,产生炎症性病变。

月尘环境下太阳电池阵表面充电的数值模拟研究

为得到月尘环境下太阳电池阵表面充电特性,根据等效电路原理,结合月尘特殊环境以及太阳电池阵结构特点,建立了月尘环境下太阳电池阵表面充电模型,并分别在阴暗区和光照区两种不同环境下进行了表面充电数值模拟分析。研究结果表明,由于月球表面复杂的空间环境,不同区域、不同时间具有不同的空间环境,在等效电路数值模拟过程中,电路中各个等效元件的参数值会随着环境的改变而改变。月球日照区域,太阳电池阵表明电势最高可达到100 V。在阴暗区,由于电子的热运动速度远大于离子的热运动速度,太阳电池阵表面电势为-100^-2 000 V,极端条件下能够达到-5 000 V。该计算结果对月尘环境下太阳电池阵静电防护具有一定指导价值。

模拟月尘对巡视器车轮轮轴材料的磨损试验研究

文章以CE-3巡视器车轮轮轴为研究对象,利用北京卫星环境工程研究所的月尘环境模拟器、摩擦磨损试验机以及自行研制的模拟月尘,对车轮轮轴主要材料进行了磨损试验研究。试验样品为轮轴常用的铝合金、聚四氟乙烯及轴承钢。文章分析了试验前后样品的表面形貌,采用测试系统获得了轮轴材料在不同试验条件下的摩擦系数曲线,采用电子天平测量了材料的质量损失;分析了真空、大气、有无月尘等试验条件以及材料本身在磨损试验中的效应。研究结果可为月面巡视器等月面应用设备的研制提供可借鉴的信息。

模拟月尘对大鼠心率变异性及系统炎症的影响

目的探讨模拟月尘(lunar dust simulant,LDS)对大鼠心率变异性(heart rate variability,HRV)及系统炎症损伤的影响。方法24只大鼠随机分为对照组(Con),LDS低(0.35mg/只大鼠)、中(1.05mg/只大鼠)、高(3.15mg/只大鼠)3个剂量组,通过气管滴注染毒法建立模拟月尘损伤模型。记录大鼠心率和心率变异性(heart rate variability,HRV)变化,并观察大鼠心脏结构病理变化和血清中炎症因子变化。利用qPCR和Western blot法检测大鼠心脏组织中内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和细胞间黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)基因和蛋白表达水平。结果与对照组相比,在中、高剂量暴露组中心率明显降低,HRV明显改变(P<0.05,P<0.01)。HE染色显示心脏病理特征随LDS剂量的增加而增强,血清检测结果表明系统炎症因子水平增加(P<0.05,P<0.01)。LDS3个剂量暴露组心脏组织iNOS表达明显上调,中、高剂量组ICAM-1表达明显上调(P<0.05,P<0.01)。结论 LDS暴露导致系统炎性病变,影响自主神经功能。同时,LDS可激活血管内皮细胞,损害内皮功能,具有导致心血管疾病的潜在风险。

月尘环境材料带电地面模拟试验系统研究

介绍月尘的特点及月尘静电对航天活动的危害,根据月尘环境下材料带电的原理,构建真空环境材料带电地面模拟试验系统.利用装置进行模拟静电月尘对探月航天器的作用,研究月尘静电对登月探测器的静电起电、吸附、耦合及放电效应影响规律,从而初步解决我国在探月工程上月球探测器对月球表面静电防护技术的需求.

模拟月尘暴露致大鼠肺损伤作用研究

目的研究模拟月尘(lunar dust simulant,LDS)致大鼠肺损伤的作用及其机制。方法采用CLDS-i模拟月尘,无菌生理盐水配制模拟月尘混悬液。Wistar大鼠随机分为LDS高、中、低剂量3个暴露组(气管内滴注,每周2次,持续3周),以及滴注生理盐水的对照组。在支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)中进行白细胞分类计数和细胞因子检测,肺组织经HE染色和Masson染色后观察肺脏的病理变化,免疫组化测定α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)表达,同时测定氧化应激生物标志物含量。结果 LDS暴露组BALF中性粒细胞数量高于对照组(P<0.05)。LDS高剂量组肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)和白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)含量显著增加(P<0.01),肺部氧化-抗氧化失衡。病理组织染色及免疫组化结果显示,炎性病变程度及纤维化程度随LDS剂量增加而增强,LDS组大鼠肺组织中α-SMA表达水平显著升高(P<0.05,P<0.01)。结论炎症和氧化应激是LDS诱导大鼠呼吸系统损伤的重要机制。二者相互促进,可引起肺血管内皮细胞损伤和肺部炎症,导致肺间质纤维化。

月尘特性与模拟月尘研制现状

月尘问题是人类探测月球过程中需要克服的关键问题之一,研究月尘特性和研制模拟月尘是了解月球环境、解决月尘问题的有效途径。受月球空间环境影响,月尘具有许多独特的性质。为此,总结和阐述了月尘的几何特性、化学特性、物理特性和力学特性。根据月尘的基本性质,各种类型的模拟月尘被研制出来,其中重点介绍了NASA研制的JSC月海系列和NULHT高地系列模拟月尘的制备方法和性质。高质量的模拟月尘可以应用于表面活化、荷电特性、漂浮特性、附着特性、防除尘技术、资源提取等多个研究领域,为进一步探索月球提供必要的技术储备。

月球环境模拟设备研究及发展分析

月球环境模拟设备能够模拟月球表面的温度、真空及月尘等环境因素,以便在地面开展相关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。

模拟月尘BHLD20改进研究

为提高模拟月尘仿真度,对BHLD20进行了改进研究:通过引入斜长石作为原料之一制备模拟月尘,进一步逼近月尘真实组成;通过使用马弗炉制备胶结质及其它玻璃相,提高成熟度;通过湿法砂磨一步制备超细模拟月尘,使其与月尘粒度吻合;通过使用分散剂消除模拟月尘微粒团聚,还原真实粒度。以此研制出的模拟月尘BHLD20具有较高仿真度,其中值粒径285 nm,落于阿波罗月尘样品粒度区间内,微粒形貌多样且包含胶结质玻璃相,主要化学成分与大部分阿波罗月尘样品接近。

模拟月尘胶结质材料研制

阐述了研制月尘胶结质模拟物对于提高模拟月尘真实度的意义,开展了胶结质初始物质的选择、熔融实验、实验结果分析以及制备工艺总结的研究工作。初始物质选用基性斜长石粉末和火山渣粉末的混合物,熔融加热设备采用马弗炉。实验结果分析表明,1200℃加热20min所得的不完全熔融产物在微观形貌、化学成分、玻璃化程度和掺杂纳米铁颗粒等方面与真实月尘胶结质相近,可以作为高真实度模拟月尘中的胶结质材料。

月尘微观吸附机理及其防护技术研究现状

月尘防护是未来月面探索中面临的重要难题之一,不同防护效果将对航天器性能产生重要影响,深入开展月尘颗粒在航天器表面的微观吸附行为及其防护技术的研究至关重要。主要从月尘颗粒吸附机理、吸附力测试技术及月尘防护的方法展开综述与展望。首先说明月尘颗粒的物理、化学性质及吸附机理,重点聚焦建立月尘颗粒与基体表面的吸附力解析模型,包括范德华力、静电力、毛细力;其次,利用原子力技术测量月尘颗粒吸附力参数。分析对比目前针对微纳米颗粒吸附问题的主动与被动防护技术。对月尘吸附力测试与月尘防护技术发展等问题的发展趋势进行展望。通过原子力技术开展月尘颗粒吸附力,解决现有其余测试技术产生的弊端,对推进月尘颗粒吸附机理及防护技术的研究具有重要意义。

着陆作用下月尘激扬的三维离散元分析

基于模拟月尘的细观颗粒形状,采用刚性圆球单元重叠法建立了4种典型不规则模拟月尘颗粒的三维几何模型。根据月尘所处环境和颗粒间接触特性,建立了月尘离散元接触力学模型。通过三轴压缩实验离散元模拟的结果和模拟月尘的实际三轴压缩实验数据的对比,确定模拟月尘颗粒的三维离散元模型参数。采用建立的模型和获得的参数,进行了圆盘模拟体着陆作用下月尘激扬模拟。通过跟踪圆盘模拟体和月尘运动,统计分析了月尘运动特性及其漂浮分布情况,分析着陆速度和颗粒刚度的变化对月尘漂浮的影响。

微纳结构自清洁涂层的月尘防护性能研究

针对月面探测器表面月尘防护问题,制备了一种低表面能自清洁涂层。采用扫描电镜、分光光度计、接触角测量仪、划格法等手段对涂层的基本性能进行了表征分析,采用翻转除尘试验对涂层的模拟月尘清除效果进行评价分析。结果表明:带有低表面能自清洁涂层的载玻片在400~1800 nm波段范围内透光率≥90%,水接触角为137°~138°,划格法结合力优于1级,热循环100次后涂层未见损伤,涂层对50~75μm粒径模拟月尘的清除效率可达90%以上,涂层在月面探测器月尘防护领域具有较好的应用潜力。

开发月球车用的月表环境的地面模拟方法研究(英文)

当前中国正在进行自己的探月工程,预计将会发射月球车登陆月球表面。在研制月球探测器过程中,为了在地面验证月球车的可靠性和各项功能(如着陆冲击、自主巡航和遥控),必须建立相应的地面试验中心。根据目前对月球表面环境的认识和现有的仿真技术,文章提出了实现月表综合环境模拟的试验设施的设想。由于月球表面环境非常恶劣并且月表的地形也非常复杂,文章提出了一种组合式月表环境模拟器的设想。主要部分是模拟各种月貌特征(如陨石坑、斜坡、沟壑等)的可移动单元。每个单元是一个用模拟月壤制作的小沙盘,其化学成分、组成颗粒分布和力学性能和已经获取的真实月壤样品相似。根据不同的试验要求,选择相应的单元按照一定的规律组合成为试验场。这样在有限的场地面积内可以按需实现对月表不同地域的地貌特征模拟。同时,可以选择少量单元的组合构成更小规模的试验场,以方便与其它环境模拟器(如落塔,热/真空容器等)联合,实现模拟月表的综合环境。

月表尘埃颗粒带电的机理及应用研究

研究月尘颗粒在电子束环境下以及紫外源辐照下的带电机理,利用数值方法模拟月尘颗粒在不同背景环境下的充电过程,以探索月表尘埃颗粒的带电机理,进而便于地面月尘环境模拟装置选择合适的月尘带电方式进行空间模拟实验.给出了尘埃在电子束环境下的充电方程,并将紫外辐射带电与具体应用相结合.通过模拟结果可知,在电子束环境下,月尘表面的电荷数随粒径尺寸增大,随电子枪辐照束斑半径减少,随电子枪流强的增加而增多;在紫外源的辐照下,月尘表面电荷数随颗粒尺寸的增大以及紫外线辐照度的增加而增多.由月尘颗粒受太阳紫外辐照带电的数值模拟结果可知,月尘需要在太阳长时间的辐照下才可以带上可观的电荷数,地面模拟该过程需增加辐照源来加速实验.通过模拟结果的分析比较并结合"空间环境模拟装置"中对月尘舱的设计要求,最终优选紫外源辐照带电方式作为月尘颗粒的带电方案.

光伏玻璃表面微织构柱体抗颗粒冲击性能研究

为分析光伏电池玻璃表面微织构形状和颗粒碰撞方式对表面微织构损伤的影响,建立模拟月尘颗粒碰撞表面微织构仿真模型,结合实验验证,探究表面微织构损伤情况。结果表明:30μm直径的模拟月尘颗粒以5 m/s的速度撞击表面微织构时,损伤形式主要包括边缘破损、劈裂破损和断裂,损伤面积与表面微织构整体相比较小,损伤深度在0.06~0.29μm之间,仅为表面微织构柱体高度的1%~4.8%;中心正碰时,四棱台表面微织构的抗冲击性最好,圆台表面微织构次之,六棱台表面微织构最差;颗粒以4种碰撞方式撞击圆台表面微织构时,损伤程度从大到小依次为边缘碰撞、45°边缘碰撞、中心正碰、45°中心碰撞。研究结果可为玻璃表面微织构的工艺改性提供参考。