模拟月壤的热特性测量关键技术研究

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要探索并了解月球表面热环境变化过程,对月壤热特性的认知需要足够深入。热导率作为月壤热特性的基本参数,是研究月球热演化过程的重要条件,也是月球探测所关注的重要内容。准确测量月球表层与次表层热导率对理解月球内部构造、解析空间环境演化以及建立月球内部热演化模型极为重要。通过原位方式开展月球不同地区表层与次表层的热导率参数测量,采集更多更全面的热导率实测数据,实现月球内部热流所需的热导率参数解译,是加深月球表面热环境特征认识的重要基础,对深入研究月球与其它地外天体的历史演变具有重要意义。本课题主要采用原位测量的方式对不同深度的模拟月壤进行热导率测量,将一种自推式穿入器作为模拟月壤热导率测量的有效载荷,通过控制穿入器下潜至目标深度,从而实现对不同深度模拟月壤的热导率测量,具体对如下几个方面进行研究。(1)对模拟月壤的热导率测量方法进行选型分析,选取一种改进线热源热导率测量方法,具体介绍了该方法的测量原理,并对整个热导率测量系统的技术方案进行阐述。(2)改进线热源法依赖于较高的温度测量精度,故对模拟月壤的温度传感器进行选型分析,最终选取NTC(负温度系数)热敏电阻作为模拟月壤温度测量的温度传感器,选取恒压源法作为模拟月壤温度测量的技术方法,并具体阐述了温度测量原理。(3)对整个模拟月壤热导率测量系统的硬件部分进行合理选型与设计,软件部分进行严谨搭建与编译,并详细阐述了两部分的设计思路。(4)为实现模拟月壤热导率的高精度测量,需要提升模拟月壤的温度测量精度。针对NTC热敏电阻温度传感器的非线性特性,对多种补偿方式进行系统研究与合理选取,提出一种MEA(思维进化算法)优化BP(误差反向传播)算法的方式对NTC热敏电阻温度传感器进行非线性补偿,提高了模拟月壤的温度测量精度。(5)对模拟月壤相似物进行合理选取,并搭建模拟月壤热导率测量系统的实验平台,使用改进线热源法对不同深度的模拟月壤进行热导率测量,最后使用标准热特性分析仪对实验得出的模拟月壤热导率数据进行验证,确保该方法在实际测量中合理可行。
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