一种月面探测器

本发明涉及月球探测相关，具体涉及一种月面探测器。

背景技术：

1、月球表面除了高真空、1/6g重力加速度、粒子辐射、静电、月尘等环境因素外，还存在着极端高低温环境。在长达约15个地球日的月夜期间，月表温度可以降低到-180℃乃至更低，在长达约15个地球日的月昼期间，月表温度可以达到+120℃乃至更高。月球车作为各类科学探测仪器和应用载荷的载体，在自身实现抵御上述极端环境条件的同时，也要为月球车内外装载的有效载荷提供适宜的工作温度环境，其中包括在月昼载荷工作期间解决载荷设备散热问题、在月夜载荷休眠期间解决载荷保温问题。

2、已有的月球车均采取隔热措施减小月球车与周边环境的热交换，良好的隔热措施可以避免中午时段来自太阳和月表的热量过多进入月球车，也能避免在低温月夜时段有过多热量从月球车泄露出去。随着科学技术进步和新材料的出现，可以在月球车上采取更有效的隔热措施。隔热效果的增强有利于减小月昼时段外环境热量输入对月球车散热系统的压力，也有利于减小月夜时段月球车保温系统对同位素等热源的量值需求。

3、为解决载荷工作后的散热问题，也为了保证月球车整体温度在正午时段依然处于允许范围之内，月球车及部分车外载荷设备均设置了热辐射散热面。计算分析表明，优化散热面的朝向和布置位置，能够有效降低太阳入射热流和月表高温对热辐射散热面的散热能力的影响，提升系统的散热能力。但是，月球车热辐射散热面方案设计也需考虑如何实现月夜期间的热辐射散热链路的阻断问题，避免月夜期间过多热量从这些链路漏走。因此，热辐射散热面的设计优化和散热面布局位置优化成为月球车热设计考虑的一个重要内容。

4、在已有项目中，月球车搭载的载荷设备数量有限，因此，有些月球车采用了密闭腔室内强迫风循环实现均温(密闭腔室的承压需求会造成系统重量和体积的增加)。但是，随着单位容积内装载的载荷数量的增加和不同载荷间热耗差异值的增大，还有在月表上快速移动和进行复杂操作带来的周边热环境的大的变化等因素，使得均温化设计逐渐成为月球车热设计考虑的一个重要内容，均温化设计也有助于提高系统的通用性和适用性。

5、月夜的保温能源利用率问题也是月球车热设计考虑的一个重要问题。在以往项目中一般采用同位素热源作为月夜保温的能源。但为了同时解决同位素热源在月昼/在轨飞行时段的自身散热以及对载荷设备不必要的烘烤问题，同位素热源一般都安装在月球车外，通过热开关(循环风扇或两相重力辅助回路等)将同位素热源的部分热量在月夜时段引入月球车，在月昼时段则隔离在月球车外。这种方案会造成部分同位素热源热量在月夜期间耗散在月球车外，进而降低了同位素热源的利用率。

6、因此，现有的月球车方案存在如下技术问题：(1)同位素热源的月夜利用率较低问题。在已有项目中，同位素热源一般都置于车外，在月夜期间，会有相当一部分同位素热源的产热以热辐射方式排散到月球车外的月面上和冷黑宇宙背景，这部分热量损失掉了。(2)同位素热源利用方式较为复杂，如两相重力辅助传热系统，存在阀门带来的可靠性不高问题，也存在两相重力辅助循环系统性能和运行状态敏感于系统的初始汽液分布条件、月球车位置姿态、热源分布特征以及外部热环境参数等问题；如泵循环系统，存在系统构成较复杂、需主动控制以及系统可靠性等问题。(3)已有系统的散热能力、通用性和适用性需进一步提高。随着月球探测和月球应用需求更加多样化，月球车上集成装载的有效载荷的数量和密集度越来越高，载荷设备工作带来的散热需求也越来越高，各类科学探索和技术应用设备对月球车的反向影响也越来越大。因此，要提高月球车这类月面移动探测器的散热能力、通用性和适用性。在热控方面的措施包括散热面设计优化及布置位置优化、隔热保温结构的优化及新材料应用、月球车均温化设计等内容，使月球车能够适应载荷工作模式大的变化以及载荷构成的变化(如航天员改变载荷构成)，适应高强度行走和工作所带来的内热和外热环境变化。适用于更为复杂的月面环境和各类科学探索及应用环境(如钻探造成的月尘沉积和污染等)，并具有更好的性能和更长的寿命。

技术实现思路

1、本发明为解决现有月球车存在的热控相关技术问题，提供了一种赤道区正午时段工作/月夜节能保温的通用月面探测器方案。该方案适用于无人月面探测器、有人月面探测器、月球基地，乃至其它在高真空环境及极端高低温环境下长期生存和工作的探测器/建筑物的热控/结构系统建设。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种月面探测器，包括承载壳、热源和载荷设备，所述承载壳内设有运动机构，所述承载壳的侧壁上开设有进出口，所述运动机构的驱动端与热源连接并驱动所述热源从所述进出口实现进出所述承载壳动作；

3、所述承载壳的顶部设有光学反射镜和太阳能帆板，所述太阳能帆板位于所述光学反射镜的外侧，且所述太阳能帆板打开时能够将所述光学反射镜露出，所述太阳能帆板合拢时能够将所述光学反射镜遮挡；所述载荷设备设置在所述承载壳内。

4、本发明的有益效果是：本发明的一种月面探测器，通过设置运动机构，并通过运动机构驱动热源进出承载壳，使热源可根据需要控制器位于承载壳内，还是位于承载壳外。具体的，热源产生的热量除了在月夜时段为必须外，在其他时段基本需要向外排散、尽量避免热源进入承载壳内。因此热源自发射阶段直至进入月面进入月夜之前，均通过运动机构驱动热源位于承载壳外部，在承载壳外的热源以热辐射的方式将热量向宇宙空间排放；当月夜来临时，可利用运动机构驱动热源进入承载壳内，进入承载壳内的热源以辐射以及导热的方式将热量传递给承载壳内部安装的仪器板和设备等。相较现有的热源利用方式，本发明采用运动机构驱动热源进出承载壳满足不同使其对热源的需求，能够在月夜期间有效利用热源产热，也避免了月昼期间承载壳内温度过高，保证了月昼期间的有效散热。采用太阳能帆板与光学反射镜配合，月昼期间承载壳内置载荷共享位于隔热外壳顶部的光学反射镜进行热辐射散热，此时太阳能帆板打开；月夜期间承载壳内置载荷共享热源产热，此时太阳能帆板合拢；即用隔热外壳顶部太阳能帆板打开和合拢解决月昼散热和月夜保温的“对立”需求。

5、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

6、进一步，所述热源的内外两侧分别设有第一隔热板和第二隔热板，所述运动机构的驱动端驱动热源从所述进出口伸出到所述承载壳外侧时，所述第一隔热板将所述进出口封堵住；所述运动机构的驱动端驱动热源从所述进出口缩回到所述承载壳内侧时，所述第二隔热板将所述进出口封堵住。

7、采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置第一隔热板和第二隔热板，热源位于承载壳外的时候，可利用第一隔热板将进出口封堵住，避免热源向承载壳进行热辐射；当热源位于承载壳内的时候，可利用第二隔热板将进出口封堵住，避免热源泄漏到承载壳外。由于月表是真空环境，即使承载壳与第一隔热板和第二隔热板之间存在必要的运动间隙，也不会出现地面那种冷风/热风灌入承载壳的现象，运动间隙造成的漏热相对于其他项目要小很多。因此，采用隔热板进行防漏热和防热辐射的实施方案，可使热源的热利用率达到90％以上。

8、进一步，所述第一隔热板和第二隔热板均采用气凝胶板。

9、采用上述进一步方案的有益效果是：采用气凝胶板进行隔热，隔热效果更好。

10、进一步，所述第一隔热板和第二隔热板均采用平板状结构，且均垂直于所述运动机构的驱动方向布置；所述第一隔热板位于所述承载壳的进出口内侧，所述第二隔热板位于所述承载壳的进出口外侧。

11、进一步，所述承载壳的外侧壁上设有支架，所述支架呈筒状且轴向的一端固定在所述进出口的四周。

12、采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置支架，能够帮助热源安全经历火箭发射过程和落月过程的力学考验。而且在绕地、地月转移、绕月时，热源以热辐射的方式将热量向宇宙空间排放，帮助热源安全经历发射和落月过程力学考验的支架，也能够起到辅助散热的作用。

13、进一步，所述承载壳包括隔热外壳和支撑内壳，所述运动机构设置在所述隔热外壳和支撑内壳之间的夹层中。

14、采用上述进一步方案的有益效果是：隔热外壳为包络完整的隔热保温层，支撑内壳实现结构支撑以及满足均温需求。

15、进一步，所述支撑内壳包括蜂窝板和支撑框架，所述支撑框架的框架杆设置在蜂窝板的棱边位置处，所述蜂窝板上设有热管；

16、所述隔热外壳包括外壳层和隔热层，所述隔热层设置在所述外壳层的内侧壁上。

17、采用上述进一步方案的有益效果是：支撑框架可以对蜂窝板进行有效结构支撑，热管可以对热源热量进行有效导流，满足承载壳内各设备的热需求。

18、进一步，还包括热控系统，所述热控系统分别设置在所述承载壳内，所述热控系统分别与所述热源、承载壳以及载荷设备连接，并建立载荷设备与热源和承载壳之间的热通道。

19、采用上述进一步方案的有益效果是：通过热控系统建立载荷设备与热源和承载壳之间的热通道，使散热能力增加、隔热效果好、热源利用率提高、载荷布局调整以及工作模式适应性提高以及工作环境适应性提高。

20、进一步，所述载荷设备为多个且分别设置在所述承载壳的外表面或/和所述承载壳的夹层中或/和所述承载壳的内腔中。

21、本发明的月面探测器，具有如下特点：(1)月昼高温/月夜低温环境下的双向隔热功能、耐温范围更宽、系统漏热率更小；(2)分层隔热/分区温控，热控资源利用更合理，对载荷/机构/航天员的热支持更精细；(3)能同时屏蔽高强度可见光太阳热流和高强度月面红外热流，形成大尺度低温热辐射面，满足赤道区正午时段高强度工作/行走需求；(4)提供一种简单、有效、可靠的同位素热源热量的开/关功能及输送/分配管理方案，既满足月昼时段热源热量向环境排散需求，也实现月夜时段同位素热源热量的高效及按需利用。