月球环境下的充气填压式防护结构

1.本实用新型属于月球建筑工程技术领域，具体涉及一种充气填压式防护结构模块。


背景技术：

2.我国探月工程规划为“无人月球探测”、“载人登月”和“建立月球科研站”(“探、登、驻”)三个阶段。目前已完成“无人月球探测”阶段的“绕、落、回”三期任务，并于2021年联合俄罗斯共同发布《国际月球科研站路线图》，计划2035年前通过8次任务完成无人阶段科研站基本型。月球建筑工程是进行月球探索和开发的重要基础设施，是实现我国航天强国战略的重要标志，其主要功能在于为探月设备提供掩蔽空间，为航天员提供稳定生存环境，能够实现短期有人值守和长期自动运行。然而月球没有大气层保护，表面具有大温差、高真空、强辐射、长昼夜等特点，易受到太空陨石和微粒子的直接撞击，因此，无人探测设备与载人舱体等需要建设防护结构从而保障设备顺利运行、人员安全驻留。在此背景下，适时开展有关月球建筑工程技术研究具有重要意义。


技术实现要素：

3.本实用新型为了解决月面探测设备或舱体在大温差、强辐射和微流星体侵袭的条件下，无法得到有效掩蔽的问题，而提供一种月球环境下的充气填压式防护结构模块。
4.本实用新型月球环境下的充气填压式防护结构包括拉索组件、气肋单元组件、拉杆底座、气肋底座、(月壤)填充物和防护瓦，气肋单元组件包括两个气肋单元盒、两个液态压缩气体储藏罐和多个气肋，两个气肋单元盒之间设置有多个气肋，气肋包括气肋内膜和气肋外膜，气肋内膜和气肋外膜形成管壁，管壁中空形成气肋气腔，向气肋气腔中充气，展开的气肋呈拱形管体，气肋的管体内部填充有填充物，在气肋的外表面覆盖有防护瓦；每个气肋单元盒中安装有一个液态压缩气体储藏罐，液态压缩气体储藏罐的出气口与气肋的气肋气腔相连通；
5.通过月壤烧结形成气肋底座，气肋单元组件安装于气肋底座内部；拉索组件包括张拉杆件、拉索套环、固定锁扣和多条拉索，张拉杆件设置在张拉杆底座上，张拉杆件的上部设置有拉索套环，每条拉索的一端与拉索套环相连，拉索的另一端通过固定锁扣与防护瓦相连。
6.本实用新型中的拉索组件和气肋单元组件是在地预制，拉杆底座、气肋底座、(月壤)填充物和防护瓦是在月建造。
7.本实用新型月球环境下的充气填压式防护结构包括以下有益效果：
8.1、本实用新型采用充气填压式防护结构模块，展开形式为充气自展开，轻质便于运输，折叠比大、受运载器约束较小。且高效利用在月原位资源，利用月壤砂浆灌装与月壤防护瓦烧结，延长柔性材料使用寿命并对电子设备进行防护。地月协同的无人建造有效提升材料利用效能、降低地月间运载，综合利用遥操作条件下气肋充气展开、月壤砂浆制备灌
装、机械臂拼装砌筑等技术，解决了完全利用激光烧结效率低下、月壤3d打印硬度不足或固化困难、充气结构强度不足的问题。
9.2、本实用新型作为空间保障平台，能够配合月球科考工作的顺利进行，为月面探测设备或舱体提供温度稳定、防护辐射与微流星体的空间，具备短期驻留、长期运行的功能要求，安全稳定的空间对保护设备从而开展月球完整昼夜的研究具有重大攻关意义。
10.3、本实用新型防护层结构模块化，可生产出灵活可变的空间，四个气肋单元为一组，可根据月球车、月球舱体等需掩蔽的设备尺寸定制高度、半径与组数，从而利用最轻便的材料预制尺度满足掩蔽的复合气肋单元。
附图说明
11.图1为拉索组件的结构示意图；
12.图2为气肋底座处的内部示意图；
13.图3为灌注口的结构示意图；
14.图4为气肋单元组件中的气肋充气过程示意图；
15.图5为单侧充气填压式防护结构的示意图；
16.图6为月球环境下的充气填压式防护结构的正视图；
17.图7为月球环境下的充气填压式防护结构的俯视图；
18.图8为月球环境下的充气填压式防护结构的整体结构示意图。
具体实施方式
19.具体实施方式一：本实施方式月球环境下的充气填压式防护结构包括拉索组件、气肋单元组件、拉杆底座5、气肋底座18、(月壤)填充物11和防护瓦12，气肋单元组件包括两个气肋单元盒14、两个液态压缩气体储藏罐15和多个气肋，两个气肋单元盒14之间设置有多个气肋，气肋包括气肋内膜8和气肋外膜10，气肋内膜8和气肋外膜10形成管壁，管壁中空形成气肋气腔9，向气肋气腔9中充气，展开的气肋呈拱形管体，气肋的管体内部填充有填充物11，在气肋的外表面覆盖有防护瓦12；每个气肋单元盒14中安装有一个液态压缩气体储藏罐15，液态压缩气体储藏罐15的出气口与气肋的气肋气腔9相连通；
20.通过月壤烧结形成气肋底座18，气肋单元组件安装于气肋底座18内部；拉索组件包括张拉杆件4、拉索套环1、固定锁扣3和多条拉索2，张拉杆件4设置在张拉杆底座5上，张拉杆件4的上部设置有拉索套环1，每条拉索2的一端与拉索套环1相连，拉索2的另一端通过固定锁扣3与防护瓦12相连。
21.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是液态压缩气体储藏罐15的出气口上设置有阀门16。
22.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是在气肋外膜10上设置有灌注口6。
23.本实施方式通过灌注口向气肋内部灌注填充物，灌注口的示意图如图3所示，内注口7与气肋的管体内部相连通。
24.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是在防护瓦12的外表面设置有柔性太阳能光伏膜13。
25.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述的拉杆件4为电动伸缩杆。
26.实施例：本实施例月球环境下的充气填压式防护结构包括拉索组件、气肋单元组件、拉杆底座5、气肋底座18、(月壤)填充物11和防护瓦12，气肋单元组件包括两个气肋单元盒14、两个液态压缩气体储藏罐15和多个气肋，两个气肋单元盒14之间设置有多个气肋，气肋包括气肋内膜8和气肋外膜10，在气肋外膜10上设置有灌注口6，气肋内膜8和气肋外膜10形成管壁，管壁中空形成气肋气腔9，向气肋气腔9中充气，展开的气肋呈拱形管体，气肋的管体内部填充有填充物11，在气肋的外表面覆盖有防护瓦12；每个气肋单元盒14中安装有一个液态压缩气体储藏罐15，液态压缩气体储藏罐15的出气口与气肋的气肋气腔9相连通，液态压缩气体储藏罐15的出气口上设置有阀门16，采用集成控制系统17控制液态压缩气体储藏罐15放气；
27.通过月壤烧结形成气肋底座18，气肋单元组件安装于气肋底座18内部；拉索组件包括张拉杆件4、拉索套环1、固定锁扣3和多条拉索2，张拉杆件4设置在张拉杆底座5上，张拉杆件4的上部设置有拉索套环1，每条拉索2的一端与拉索套环1相连，拉索2的另一端通过固定锁扣3与防护瓦12相连，在防护瓦12的外表面设置有柔性太阳能光伏膜13。
28.本实施例气肋单元组件上气肋的展开示意图如图4所示。气肋单元组件展开后，通过液态压缩气体储藏罐15向气肋的气腔中充气，气肋展开后呈拱形。
29.本实施例月球环境下的充气填压式防护结构的建造过程如下：
30.步骤一、在地预制复合气肋单元，包括集成控制系统、液态压缩气体储藏罐、柔性复合表皮、可伸缩张拉杆件，集成控制系统负责控制液态压缩空气释放，柔性复合表皮由双层kevlar织物或vectran织物制成，每层厚度为2-3mm；
31.步骤二、通过运载器将在地预制完成的复合气肋单元运至指定区域，集成控制系统控制气肋单元的充气控制阀门组件打开释放液态压缩气体，使在地预制的复合功能膜结构展开并通过可伸缩的张拉结构吊装；
32.步骤三、月壤砂浆制备，根据原位资源选择制备铝酸盐混凝土、硫混凝土或者镁砂混凝土等月壤混凝土，并通过与月壤混凝土储存罐及管道相连通的灌装接口灌装于气肋内部压实、固化，月壤混凝土填充物厚度为1-1.5m；
33.步骤四、机械臂通过激光烧结技术制备月壤防护瓦，厚度100-150mm，并拼装砌筑，外设柔性光伏层，即地球运输至月球的柔性太阳能电池板，厚度为2-3mm。
34.本实施例通过在地预制与在月建造相结合的方法，利用原位资源为舱体营造温度稳定、防护辐射与微流星体的空间，实现轻量化、可重构的高效智能建造。包括在地预制的复合气肋单元与柔性光伏膜，在月建造的月壤砂浆灌装内层与月壤激光烧结防护瓦。

技术特征：
1.月球环境下的充气填压式防护结构，其特征在于该月球环境下的充气填压式防护结构包括拉索组件、气肋单元组件、拉杆底座(5)、气肋底座(18)、填充物(11)和防护瓦(12)，气肋单元组件包括两个气肋单元盒(14)、两个液态压缩气体储藏罐(15)和多个气肋，两个气肋单元盒(14)之间设置有多个气肋，气肋包括气肋内膜(8)和气肋外膜(10)，气肋内膜(8)和气肋外膜(10)形成管壁，管壁中空形成气肋气腔(9)，向气肋气腔(9)中充气，展开的气肋呈拱形管体，气肋的管体内部填充有填充物(11)，在气肋的外表面覆盖有防护瓦(12)；每个气肋单元盒(14)中安装有一个液态压缩气体储藏罐(15)，液态压缩气体储藏罐(15)的出气口与气肋的气肋气腔(9)相连通；通过月壤烧结形成气肋底座(18)，气肋单元组件安装于气肋底座(18)内部；拉索组件包括张拉杆件(4)、拉索套环(1)、固定锁扣(3)和多条拉索(2)，张拉杆件(4)设置在张拉杆底座(5)上，张拉杆件(4)的上部设置有拉索套环(1)，每条拉索(2)的一端与拉索套环(1)相连，拉索(2)的另一端通过固定锁扣(3)与防护瓦(12)相连。2.根据权利要求1所述的月球环境下的充气填压式防护结构，其特征在于液态压缩气体储藏罐(15)的出气口上设置有阀门(16)。3.根据权利要求1所述的月球环境下的充气填压式防护结构，其特征在于在气肋外膜(10)上设置有灌注口(6)。4.根据权利要求1所述的月球环境下的充气填压式防护结构，其特征在于在防护瓦(12)的外表面设置有柔性太阳能光伏膜(13)。5.根据权利要求1所述的月球环境下的充气填压式防护结构，其特征在于所述的拉杆件(4)为电动伸缩杆。

技术总结
月球环境下的充气填压式防护结构，本实用新型为了解决月面探测设备或舱体在大温差、强辐射和微流星体侵袭的条件下，无法得到有效掩蔽的问题。本实用新型月球环境下的充气填压式防护结构中的气肋单元组件包括气肋单元盒、多个气肋和液态压缩气体储藏罐，向气肋气腔中充气，展开的气肋呈拱形管体，气肋的管体内部填充有填充物，在气肋的外表面覆盖有防护瓦，液态压缩气体储藏罐安装在气肋单元盒中，拉索组件包括张拉杆件、拉索套环、固定锁扣和多条拉索。本实用新型采用充气填压式防护结构模块，展开形式为充气自展开，轻质便于运输，折叠比大。利用月壤砂浆灌装与月壤防护瓦烧结，为月面探测设备或舱体提供防护。面探测设备或舱体提供防护。面探测设备或舱体提供防护。


技术研发人员：潘文特 李书颀 江家扬
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/5/24