[发明专利]用于巡视器地面试验的工程用模拟火星壤

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于巡视器地面试验的工程用模拟火星壤。

背景技术

为保证火星表面巡视器的通过性、火星壤采样和软着陆等任务顺利开展，必须在地面对火星表面环境进行模拟，从而完成对相关性能的试验考核，如通过性能试验、路径规划、自主导航、表层取样和钻取采样等验证试验。

针对未来的火星探测计划，火星着陆器的潜在着陆点在北纬0-30°范围内的广大平原地区，为保证火星着陆器安全着陆和巡视器在火星表面具有安全可靠的通过性，研制的模拟火星壤主要注重于模拟火星壤的力学特性和物理特性两个方面，其次是化学组成等。

世界上现有的模拟火星壤，包括JSC Mars-1、MMS系列、ES系列等多种模拟火星壤。但由于工程目的不同，这些模拟火星壤方案也存在较大差异，还没有形成统一的标准，由于技术保密，很难获得模拟火星壤核心参数，并且由于价格和技术封锁不对外生产。因此，为了保证地面试验的顺利进行及各项试验的可靠性，提供一种合理有效的模拟火星壤，以满足火星探测计划的顺利进行。

已知火星壤的矿物组成和物理力学特性：

●矿物组成

根据美国成功登陆火星表面巡视器对粒径小于150μm的火星壤砂粒进行的分析表明，砂粒结晶型成分是玄武岩由斜长石、镁质橄榄石、辉石和易变辉石组成。通过阿尔法粒子x射线分光仪，对古谢夫撞击坑、梅里迪亚尼平原和盖尔撞击坑三处砂子和风积材料的化学成分分析，见

表1，除了在盖尔撞击的岩巢富含铁，而硅的含量却相对略低(42.88±0.47wt％)外，这三处风化沉积物的化学成分相似。这说明整个火星的玄武岩材料相似或者是沉积在这三个地点的玄武岩组分的来源是全球性或区域性的。

表1 APXS分析MERs和MSL着陆地点玄武岩的化学组成

●力学特性

经过统计，

表2列出了火星表面巡视器成功的降落点的火星壤的力学参数估计。

表2：火星表面巡视器成功的降落点的火星土壤的力学参数估计

●粒径分布

图1所示是Herkenhoff和Kirsten等人分别应用显微图像，在古谢夫撞击坑和特洛伊沙地，统计出粒径大小和其统计数量的累计百分比。从图1中可以看出，特洛伊沙地火星壤的粒径要小于古谢夫撞击坑火星壤的粒径。

●颗粒形态

根据勇气号巡视器在特洛伊沙地拍摄的显微图像，提取粒径约为0.250～1mm大小的火星壤颗粒，并取二值化，见图2。从图2可见，火星壤颗粒呈不规则形状，并且颗粒形状多样，从圆形到尖角状都有分布，但大部分颗粒为尖角状，并且存在突起、尖角、锯齿、钩角等不规则形态。

发明内容

本发明的目的是为了保证地面试验的顺利进行及各项试验的可靠性，而提供一种用于巡视器地面试验的工程用模拟火星壤，以满足火星探测计划的顺利进行。

火星壤的颗粒尺寸、粒径分布和原料是决定火星壤物理和力学特性的最主要参数，也是制备模拟火星壤过程中的可控因素。研究表明，火山喷发物的矿物组成与火星壤接近。因此，立足我国大陆资源，对国内具有开采规模的火山灰生产场地进行考察调研，并选取火山岩作为模拟火星壤的基础物质。

本发明选择吉林靖宇双山火山的火山渣作为模拟火星壤基础原料，并在基础原料中加入钛铁矿，这样既可以增加铁的含量，可以提高其密度。

吉林靖宇双山火山的火山渣的化学组成重量百分比是：48.69％SiO₂、17.03％AI₂O₃、6.48％CaO、3.10％FeO、9.04％Fe₂O₃、4.83％MgO、2.19％TiO₂、4.07％Na₂O、0.09％MnO、2.57％K₂O、0.43％P₂O₅、0.027％SO₃、烧失量1.453％。

本发明是由重量百分比为96％的靖宇双山火山的火山渣粉和4％的钛铁矿粉混合而成。

所述96％靖宇双山火山的火山渣粉和4％钛铁矿粉的混合物中，各粒径所占重量百分比为：