基于PLZT月面探测器表面黏附月尘光电清除技术的研究

发布时间：2020-05-28 00:45

【摘要】：纵观人类的探月历史,月尘问题始终困扰着探月任务的正常执行。尤其我国的载人航天也开展到载人探月极为关键的一步,因此为了确保月面探测器系统的可靠工作,就必须解决月尘带来的问题。由于传统的除尘方法在月表环境下很难得到良好发挥,而且目前备受推崇的电帘除尘也存在诸多弊端:如除尘面积有限,驱动能源消耗大等问题。因此本课题利用镧改性锆钛酸铅(PLZT)优异的光电性能,将PLZT受紫外光激发的数千伏光电压施加到被除尘表面,利用静电吸附特性达到清除月尘的目的。本文将搭建基于PLZT的光电月尘清除系统,并对光电月尘主动清除技术进行研究,具体包括以下几个方面:根据光电除尘系统原理,分析月尘粒子在除尘过程中的受力情况,基于PLZT等效电学模型建立了其在除尘过程中的等效电学模型,从而构建了除尘电场强度的数学模型。依据模型得到了除尘电场强度的影响因素,通过实验分析其对除尘电场强度的影响,并进行数据拟合,验证了除尘电场强度数学模型的正确性,为优化平板状除尘电极的构型奠定了理论基础。为解决粒子除尘过程中在被反复极化而在极板间跳跃的问题,设计了带有绝缘膜的新型电极板构型,并通过高速摄像机从微观层面验证新型除尘电极板构型的可行性;为有效增大除尘极板面积,给出了多片PLZT并联驱动和组合式驱动构型方案,通过实验对比分析得到可行方案。最后将绝缘膜式极板构型和多片PLZT组合式驱动构型相结合,通过实验从除尘质量和除尘电压两个方面验证除尘电极板构型优化设计的正确性与可行性。考虑月面高低温环境和真空环境,分析了PLZT在多能场耦合作用下的输出特性变化。结合月表物理温度分布,选取更为苛刻的温度条件,从PLZT工作状态和非工作状态两个角度出发,通过实验分析了PLZT光电压输出受高低温环境的影响规律,为后续进一步研究提供思路。最后利用真空罩实验平台对比分析了除尘效率在真空条件和地面条件的差异,验证了真空条件下除尘的可行性。通过实验分析了不同粒径粒子被清除的效率,并基于月尘粒子在除尘过程中的受力情况进行理论分析,得到光电除尘技术所适用的除尘粒子粒径范围;捕捉粒子运动轨迹,利用运动学分析得到粒子的带电量,并验证其与粒子粒径的关系。最后进行动态除尘实验,以除尘效率为优化目标,得出电极板的最佳除尘运动速度;搭建除尘系统地面实验平台,引入除尘电极板的最佳除尘速度,并模拟太阳能电池板的主动除尘过程,验证应用光电除尘技术主动除尘的可行性。
【图文】：

图 1-1 月尘颗粒 SEM 暗场像）阻挡视野登月舱距离月表越来越近，登月舱外的可见度不断降低，宇航视线会被月表的扬尘完全隔离。在Apollo12号登陆过程中，这。在着陆过程中，宇航员的视线完全被月尘阻挡，导致登月舱到一个坑内。虽然此后Apollo登月行动采取更为陡峭的下落轨前几秒还是造成很大的月面扬尘并阻挡了宇航员的视线。）附着污染指由于月表自然状况或者宇航员活动造的扬尘使月尘附着在宇套、月球车、散热器、太阳能电池板、照相机镜头上等。如果的光学镜头，月尘会引起反射光谱向长波长方向移动，造成图表土的热容量、热电导都比较低，月尘附着在温控表面会导致障。Apollo外实验（EVA）表明，月尘附着并不会影响辐射面会单方面增加可见光和紫外光的吸收能量。被月尘覆盖的设备

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文面行动后就出现了磨损，远远小于在地面在靴子处微流星体保护层已经被磨穿到了损伤[10]。Apollol6号任务中，月球车上的子对其进行了清理后，宇航员发现结果个航员Harrison Schmitt的宇航服面罩也受到清晰程度。国内北京卫星环境工程研究所月尘磨损试验研究，研究表明在真空环境。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V476.3

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本文编号：2684424