[发明专利]一种火星薄壳地形模拟实施方法

说明书

本发明公开了一种火星特殊薄壳地形模拟实施方法，原料为模拟火星壤，模拟火星壤采用特定的粒径分布和堆积密度整备；薄壳制备步骤包括：翻松、整平、配置溶液、喷洒溶液、风干和检测工序。本发明制备的模拟火星薄壳地形具有方法简单、力学指标优异、制备周期短等特点，且能够满足火星车地面相关试验要求。

技术领域

本发明属深空探测领域，具体涉及一种火星薄壳地形模拟实施方法。

背景技术

火星表面除了松散的火星壤之外，还有一类特别的土壤类型Crusty-cloddy。该类型地面表现为表层为脆性，底层为松软沙粒，即表层强度大于底层，对巡视器移动具有迷惑性。火星的地面情况直接影响着陆的安全性，同时也对巡视器的探测造成潜在的危险。在已知的火星地面类型中，海盗号着陆点地面类型有三种，其中海盗2号遇到的硬壳类火星地面(Crusty-cloddy)，这种类型的地面是在土块(cloddy)上部具有一层硬壳(Crust)，破碎后的土块尺寸在4cm左右，该类地面难于挖掘。勇气号巡视器陷入火星特洛伊沙地时，车轮刨开了地表的一层硬壳，硬壳大约有2.45cm(1英寸)厚。硬壳下面露出了松软的含沙物质。当勇气号开始尝试摆脱困境时，它的车轮搅起更多的含沙物质。这些物质含有高浓度的硫酸盐，比在火星上其它地区所看到的物质中硫酸盐的浓度要高得多。

火星探路者于1997年4月成功降落在火星北半球的阿瑞斯谷的古洪水平原，在这一着陆点发现大多数类土质材料(soil-like materials)被称为块状沉积物(cloddydeposits)，是一种中等密度且内聚力较小的材料，并且这种材料是由大小不一的粉尘、土块、小岩石碎片和矿物质颗粒组成。它的表面散落着碎片、卵石，并且在一定程度上被一层灰尘或者明亮的风化层覆盖。明亮的风化层或漂浮沉积物(drift deposits)通常是散落在表面，当车轮碾压过时，其表面发射率非常高，因此可以判定明亮风化物或漂浮沉积物具有一致的细致纹理，多孔且可以被压缩，并且厚度仅几厘米。在表层深度0-1.4cm时，Mermaid风化层(sol 14，第29个检测处)的摩擦角(35.1°)要小于块状材料的摩擦角(40.6°)，这与Mermaid的表层是由灰色的玄武岩沙粒或细粒构成的硬壳有关。

大多数Ares的沉积物与Viking 2号的壳和块状物质相似，其摩擦角和内聚力分别是34.5°±4.7°和1.1±0.8kPa。Scooby Doo上的覆盖物(一块亮粉红色的岩石称为Scooby-Doo，sol 12，第19个检测处)与Viking 1号的块状的类土质物质相似，内聚力是5.5±2.7kPa，内摩擦角是30.8°±2.4°。表1列出了探路者号风化层力学特性的平均估计值。

表1探路者号风化层力学特性的平均估计值

巡视器是一种能够在星球表面移动，完成探测、采样、运载等任务的航天器，它的基本功能是具有星球表面行走能力。在进行深空探测之前，需要在模拟星球环境中对其牵引性、通过性和机动性进行全面测试以规避风险。而真实的星球模拟环境是巡视探测器进行地球模拟试验的重要工作环境，因此确定合理的火星薄壳模拟结构具有重要意义。

国外相关研究人员在不同粒径分布和土壤成分的火星壤表面条件下，对水蒸气在多孔介质中的扩散系数进行了研究，结果表明，加入少量的盐成分可以降低溶液的扩散系数D。NASA通过在模拟火星壤中渗透水，然后在1000℃下烘干3天，在松软的模拟火星壤中形成几厘米厚的硬壳，但该方法时间长，并且形成面积较小。

本实施方法所制备的模拟火星薄壳地形具有结壳面积大、速度快等特点，且所形成的壳层地面承压能力强，更接近于真是的火星表面特殊地形。

发明内容

本发明的目的在于提一种火星薄壳地形模拟实施方法。

本发明原料为模拟火星壤，其中，其重量百分比配比为细粒径72.2％、粗粒径27.8％，细粒径和粗粒径模拟火星壤的力学参数如下：

表2模拟火星壤参数表