专利名称：模拟月壤的材料的制作方法
技术领域：
本发明属于登月模拟技术领域，具体来说涉及一种利用一定粒径的粉土和一定粒 径的石榴石粉配制而成的模拟月壤用材料。
背景技术：
据公开发表的文献统计，迄今为止，国外的模拟月壤主要有美国的JSC-1，MLS-I, MLS-2，MKS-I和FJS-I共五种模拟月壤，以及国内的CAS-I模拟月壤。JSC-I模拟月壤是由美国国家宇航局(NASA)下属的约翰逊空间中心(JSC)主持研 制。JSC-I是一种富含玻璃的玄武岩质火山灰，经简单加工而成。MLS-I模拟月壤由美国明尼苏达大学研制。MLS-I模拟月壤的初始物质为穿越德 卢斯(Duluth，属明尼苏达州)北美中大陆断裂(Mid-Continent Rift)的苏必利尔湖(Lake Superior)北岸年龄为10亿年左右的富钛结晶质玄武岩露头。经粉碎、研磨成粒径小于Imm 或更细的颗粒，取其中一部分经 ISSP(In_flightSustained Shockwave Plasma Reactor) 技术迅速升温加热烧结处理，以模拟月表陨石撞击过程，最终生成玻璃物质。将玻璃物质与 玄武岩粉末以1 3 (质量比)混合，配制成的MLS-I模拟月壤含有25% (也可根据需要配 制其它玻璃含量的模拟月壤)的玻璃，可与月壤中10% 80%的玻璃相比拟。MLS-2模拟月壤是一种月球高地月壤模拟物质，为德卢斯北美中大陆断裂的斜长 岩经粉碎、研磨过筛制成，主要矿物相为An = 80的斜长石，含有极少量含水矿物。MLS-2比 MLS-I含有更高的SiO2和更低的Ti，同时含有较高的Al。MKS-I和FJS-I模拟月壤由日本清水株式会社(Shimizu Corporation)的空间和 机器人系统部研制，初始物质为玄武质熔岩，经粉碎加工后与Apollo 14采样点月壤具有 相似的化学成分、粒度分布和力学性质，且同为低钛玄武岩质。中国科学院地球化学研究所郑永春等以Apollo和Lima各次登月采样点月壤的平 均化学组成和平均矿物和玻璃组成为系列化模拟月壤研制的参考标准，借鉴JSC-I模拟月 壤的研制经验，提出了以吉林靖宇碱性玄武质火山渣为初始物质研制的CAS-I模拟月壤， 其主要成分跟Apollo 14登月点宇航员采集的月壤样品的平均化学组成相似。虽然到目前为止，总共研制有上述6种模拟月壤，主要是以Apollo 11和Apollol4 两个登月采样点的月壤为目标进行模拟的，其它Apollo和Lima采样点还没有任何模拟月 壤提出。这些模拟月壤的内摩擦角大于等于45°，适于在月球着陆器着陆冲击模拟试验 场中用作内摩擦角较大的模拟月壤，但并不适用于月面巡视探测器模拟月面试验场所需要 的内摩擦角中等偏小的模拟月壤(典型月壤在0 60cm深度范围内的平均内摩擦角为 48° 51° )。而对于月面巡视探测器移动性能试验所需的模拟月壤试验场，应根据月面 巡视探测器移动性能与模拟月壤力学性质的关系，针对月球表面月壤物理力学性质随地理 位置不同而有较大变化的特点，从偏于安全的角度出发，需要适当偏松、内摩擦角中等偏小 的模拟月壤。基于此，寻求一种适用于月面巡视探测器模拟月面试验场所需要的内摩擦角 中等偏小(不大于40° )的模拟月壤非常必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内摩擦角中等偏小的模拟月壤材料，该材料适用于月 面巡视探测器模拟月面的试验场中。本发明的模拟月壤材料，以材料的总重量计，包含有以下重量百分比的组分
粒径小于5匪的干粉土 60 % -95 %粒径小于5mm的石榴石粉 5%-40%上述模拟月壤材料中，干粉土的重量百分比优选为60%-80%o更优选80%，粒径 优选为小于2mm ；石榴石粉的重量百分比优选为20% -40%，更优选20%。粒径优选为小于 2mm ο其中，模拟月壤材料的填筑干密度为1.45-1.70g/cm3，对应的内摩擦角在40°左 右，优选37-40°。与现有模拟月壤相比，本发明的模拟月壤的填筑干密度为1.45-1.70g/cm3，对应 的内摩擦角在40°左右，可以满足月面巡视探测器模拟月面试验场的需要。能够满足月面 巡视探测器模拟月面试验场模拟内摩擦角中等偏小的月球土壤的要求，而且粉土和石榴石 原材料容易获得，易于加工，价格低廉。
图1为粉土和灵寿石榴石粉的粒径级配曲线。图2为100%粉土直剪试验正应力与剪应力关系图。图中，相对密度为79%，密度为1. 55g/cm3,内摩擦角为37°，粘聚力为22kPa。图3为本发明的80%粉土、20%石榴石粉组成的模拟月壤材料的直剪试验正应力 与剪应力关系图。图中，相对密度为76%，密度为1. 62g/cm3,内摩擦角为39°，粘聚力为7kPa。图4为本发明的80%粉土、20%石榴石粉直剪试验正应力与剪应力关系图。图中，相对密度为83%，密度为1. 67g/cm3,内摩擦角为38°，粘聚力为18kPa。
具体实施例方式以下结合实施例对发明进行详细说明，以便更好地理解本发明的内容。所用的北京粉土取自北京大兴区朱庄，石榴石粉取自河北灵寿，粉土和石榴石粉 的粒径级配曲线如图1所示。实施例1模拟月壤材料的配制采用北京朱庄粉土、河北灵寿石榴石粉来配制模拟月壤。粉土的平均粒径为 0. 07mm，石榴石粉的平均粒径为0. 08mm，粉土与石榴石粉按80 20的重量比混合，即在模 拟月壤中，粉土占总重量的80 %，石榴石粉占20 %。实施例2模拟月壤材料的配制采用与实施例1相同的原料进行配制，其中粉土的平均粒径为0. 07mm，石榴石粉 的平均粒径为0.08mm，粉土与石榴石粉按95 5的重量比混合，即在模拟月壤中，粉土占总 重量的95%，石榴石粉占5%。
其中，对实施例1的北京朱庄粉土、灵寿石榴石粉和混合模拟月壤材料按《土工试 验方法标准》(GB/T 50123-1999)测定比重，测得北京朱庄粉土和河北灵寿石榴石粉的土粒 比重Gs分别为2. 69和3. 71，模拟月壤的土粒比重为2. 85。按《土工试验方法标准》(GB/T 50123-1999)进行最大孔隙比试验和最小孔隙比试 验，测定粉土与细石榴石粉混合试样的最大、最小孔隙比和最大、最小干密度，试验结果如 表1所示。表1中还给出了粉土的试验结果。由表1可知混合试样可达到的干密度范围约 为(1. 16 1. 80)g/cm3。表1本发明的模拟月壤材料的最大、最小干密度和孔隙比
权利要求
1.一种模拟月壤材料，以材料的总重量计，包含有以下重量百分比的组分 粒径小于5mm的干粉土 60 % -95 %粒径小于5mm的石榴石粉 5 % -40 %
2.如权利要求1所述的模拟月壤材料，其特征在于，所述模拟月壤材料中，干粉土的重 量百分比为60% -80%，石榴石粉的重量百分比为20% -40%，其粒径通常小于2mm。
3.如权利要求2所述的模拟月壤材料，其特征在于，干粉土的重量百分比为80%，石榴 石粉的重量百分比优选为20%。
4.如权利要求1-3任一项所述的模拟月壤材料，其特征在于，模拟月壤材料的填筑干 密度为 1. 45-1. 70g/cm3。
5.如权利要求1-3任一项所述的模拟月壤材料，其特征在于，模拟月壤材料的内摩擦 角为 35° -40°。
全文摘要
本发明提供了一种模拟月壤材料，该材料包含有60-95wt％的粒径小于5mm的北京朱庄干粉土和5-40wt％的粒径小于5mm的河北灵寿石榴石粉。与现有模拟月壤相比，本发明的模拟月壤的填筑干密度为1.45-1.70g/cm3，对应的内摩擦角在40°左右，可以满足月面巡视探测器模拟月面试验场的需要。能够满足月面巡视探测器模拟月面试验场模拟内摩擦角中等偏小的月球土壤的要求，而且粉土和石榴石原材料容易获得，易于加工，价格低廉。
文档编号C04B32/00GK102115321SQ20091021715
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者何玲, 杨艳静, 樊世超, 王婉秋, 陈轮 申请人:北京卫星环境工程研究所