(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211071840.8 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 北京空间飞行器总体设计 部 地址 100094 北京市海淀区友谊路104 号 (72)发明人 郑燕红　邓湘金　金晟毅　贾晓宇　 李青　姚猛　张高　张伍　史伟　 苏若曦　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 范晓毅 (51)Int.Cl. G01N 1/28(2006.01) G01N 1/38(2006.01) (54)发明名称 一种采样模拟月壤的制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种采样模拟月壤的制备方 法， 包括确定采样模拟月壤的原料成分， 所述原 料包括轻质原料和主体原料； 将主体原料处理成 不同粒径范围的颗粒， 并确定采样模拟月壤的级 配； 按照采样 模拟月壤的级配将不同粒径范围的 细颗粒进行混合， 并在深度方向上铺设粗颗粒， 形成采样模拟月壤的主体混合颗粒； 利用主体混 合颗粒得到具有预期密实状态的块状模拟月壤； 将块状模拟月壤进行横向拼接或纵向拼接， 得到 模拟月壤主体； 在模拟月壤主体表 面铺设用于模 拟月球重力场的轻质原料， 并进行表面形貌构 造， 得到采样模拟月壤。 本发明配制方法灵活， 可 实现对月壤多种状态的包络覆盖 。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115468825 A 2022.12.13 CN 115468825 A 1.一种采样模拟月壤的制备 方法， 其特 征在于， 包括： 确定采样模拟月壤的原料成分， 所述原料包括轻质原料和主体原料； 将主体原料处理成不同粒径范围的颗粒， 并确定采样模拟月壤的级配； 所述不同粒径 范围的颗粒中， 将粒径范围≤40mm 的颗粒作为细颗粒， 将粒径范围＞40mm 的颗粒作为粗颗 粒； 按照采样模拟月壤的级配将不同粒径范围的细颗粒进行混合， 并在深度方向上铺 设粗 颗粒， 形成采样模拟月壤的主体混合颗粒； 利用主体混合颗粒 得到具有预期密实状态的块状模拟月壤； 将块状模拟月壤进行横向拼接或纵向拼接， 得到模拟月壤主体； 在模拟月壤主体表面铺设用于模拟月球重力场的轻质原料， 并进行表面形貌构造， 得 到采样模拟月壤。 2.根据权利要求1所述的一种采样模拟月壤的制备方法， 其特征在于， 根据采样任务， 确定采样模拟月壤的原料成分， 其中， 轻质原料选用轻质浮石； 当采样任务为月海采样， 主 体原料选用玄武岩或玄武质火山渣； 当采样任务为月陆采样， 主体原料选用富钙钙长石或 斜长岩， 主体原料的颗粒密度为2.9g/cm3～3.5g/cm3， 轻质原料的颗粒密度为0.45g/cm3～ 0.65g/cm3； 将主体原料处理成不同粒径范围的颗粒时， 颗粒形态为棱角状或次棱角状； 颗粒的水 份含量根据采样任务确定， 当采样任务为月球极圈以外采样任务， 使采样模拟月壤原料中 水份的质量百分比≤1％； 当采样任务为月球极 圈以内采样任务， 使采样模拟月壤原料中水 份的质量百分比为5％～10％。 3.根据权利要求1所述的一种 采样模拟月壤的制备方法， 其特征在于， 确定采样模拟月 壤的级配的具体方法为： 标称模拟月壤选择级配I； 挑战模拟月壤选择级配I I～VI中的至少一种； 深层采样的极端模拟月壤选择级配I、 I II和VII中的至少一种； 表层采样的极端模拟月壤选择级配I I～VI中的至少一种； 级配I～VII如下表所示： 粒径范围 级配I 级配II级配III级配IV 级配V 级配VI 级配VII容差 <1mm85.00％65.80％78.16％ 85.04％ 81.22％95.28％ 59.37％ 4％ 1～2mm5.00％6.90％ 7.76％ 3.21％ 2.42％ 2.23％ 10.00％0.25％ 2～4mm3.50％10.35％4.67％ 2.49％ 1.82％ 0.80％ 10.00％0.25％ 4～10mm3.50％11.43％5.11％1.85％ 2.17％ 1.14％ 10.00％0.25％ 10～40mm3.00％5.52％ 4.30％7.41％ 12.37％ 0.55％10.63％0.25％ 。 4.根据权利要求1所述的一种 采样模拟月壤的制备方法， 其特征在于， 在深度方向上铺 设粗颗粒的方法为： 当存在次表层探测数据时， 在深度方向上根据次表层探测数据铺设直径为40mm～ 100mm以及直径大于10 0mm的粗颗粒； 当次表层探测数据缺失时， 在深度方向上根据统计规律铺设40mm～100mm以及大于权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115468825 A 2100mm的粗颗粒， 每米深度范围内， 直径大于40mm的颗粒出现个数不少于50个， 直径80～ 110mm的颗粒出现0～2个。 5.根据权利要求1所述的一种 采样模拟月壤的制备方法， 其特征在于， 根据采样任务的 不同将块状模拟月壤进行横向拼接或纵向拼接； 针对表层采样任务， 将块状模拟月壤进行横向拼接； 针对纵向采样任务， 将块状模拟月壤进行纵向拼接 。 6.根据权利要求1所述的一种 采样模拟月壤的制备方法， 其特征在于， 利用主体混合颗 粒， 采用多向振动压实装置得到具有预期密实状态的块状模拟月壤； 多向振动压实装置包括吊装设施、 压实块、 盛装容器和振动机构； 主体混合颗粒置于盛 装容器中， 吊装设施将压实块 吊装于盛装容器上方， 压实块用于利用自身重量下压置于盛 装容器中的主体混合颗粒， 振动机构设于盛装容器下 方和两侧； 采用多向振动压实装置得到具有预期密实状态的块状模拟月壤的过程中， 通过监测主 体混合颗粒的体积变化控制振动机构的振动时间与振动频率。 7.根据权利要求1所述的一种 采样模拟月壤的制备方法， 其特征在于， 采样模拟月壤的 预期密实状态包括 一般密实、 中等密实或极端密实； 一般密实采样模拟月壤的相对密度为6 5％±3％； 中等密实采样模拟月壤的相对密度为85％ ±3％； 极端密实采样模拟月壤的相对密度为95％ ±3％。 8.根据权利要求1所述的一种 采样模拟月壤的制备方法， 其特征在于， 在模拟月壤主体 表面铺设用于模拟月球重力场的轻质原料时， 轻质原料的粒径为 40mm～100mm； 轻质原料的铺设方式为掩埋或浮动。 9.根据权利要求1所述的一种 采样模拟月壤的制备方法， 其特征在于， 进行表面形貌构 造的方法为： 当存在表面形貌图像信息时， 按照表面形貌图像信息进行表面形貌构造； 当表面形貌图像信息缺失时， 根据统计规 律进行表面形貌构造； 按照表面形貌图像信 息进行表面形貌构造时， 首先拟合平整采样区平面并确定平整采 样区平面的法向量， 根据平整采样区平面的法向量获取表面坡度和坡向， 按照表面坡度和 坡向在平整采样区平面上构造坡面； 根据统计规律进行表面形貌构造时， 每平方米表面内直径大于100mm的凹坑数量不少 于10个， 直径大于300mm的凹坑为0～2 个； 每平方米表面内， 直径80mm～110mm的轻质原料颗 粒出现0～2个； 进行表面形貌构造时， 坡面的坡度不大于8 °， 坡向在0 °～360°范围内变化。 10.根据权利要求1所述的一种采样模拟月壤的制备 方法， 其特 征在于， 还 包括： 采样试验完成后， 对采样模拟月壤的可重复应用性进行评价， 具体方法为： 未受扰动的 采样模拟月壤表面区域面积大于深层采样钻具直径的10倍以上或大于表层 采样器尺度的3 倍以上时， 采样模拟月壤具有可重复应用性； 当采样模拟月壤具有可重复应用性时， 将采样模拟月壤用于下一次的采样试验； 当采样模拟月壤不具有可重复应用性 时， 若下一 次采样试验与本次采样试验所用采样 模拟月壤的级配相同， 则直接利用本次采样试验的采样模拟月壤制备下一次采样试验的块权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115468825 A 3