專利名稱：模擬月壤的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于登月模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種利用一定粒徑的粉土和一定粒 徑的石榴石粉配制而成的模擬月壤用材料。
背景技術(shù)：
據(jù)公開發(fā)表的文獻統(tǒng)計，迄今為止，國外的模擬月壤主要有美國的JSC-1，MLS-I, MLS-2，MKS-I和FJS-I共五種模擬月壤，以及國內(nèi)的CAS-I模擬月壤。JSC-I模擬月壤是由美國國家宇航局(NASA)下屬的約翰遜空間中心(JSC)主持研 制。JSC-I是一種富含玻璃的玄武巖質(zhì)火山灰，經(jīng)簡單加工而成。MLS-I模擬月壤由美國明尼蘇達大學(xué)研制。MLS-I模擬月壤的初始物質(zhì)為穿越德 盧斯(Duluth，屬明尼蘇達州)北美中大陸斷裂(Mid-Continent Rift)的蘇必利爾湖(Lake Superior)北岸年齡為10億年左右的富鈦結(jié)晶質(zhì)玄武巖露頭。經(jīng)粉碎、研磨成粒徑小于Imm 或更細的顆粒，取其中一部分經(jīng) ISSP(In_flightSustained Shockwave Plasma Reactor) 技術(shù)迅速升溫加熱燒結(jié)處理，以模擬月表隕石撞擊過程，最終生成玻璃物質(zhì)。將玻璃物質(zhì)與 玄武巖粉末以1 3 (質(zhì)量比)混合，配制成的MLS-I模擬月壤含有25% (也可根據(jù)需要配 制其它玻璃含量的模擬月壤)的玻璃，可與月壤中10% 80%的玻璃相比擬。MLS-2模擬月壤是一種月球高地月壤模擬物質(zhì)，為德盧斯北美中大陸斷裂的斜長 巖經(jīng)粉碎、研磨過篩制成，主要礦物相為An = 80的斜長石，含有極少量含水礦物。MLS-2比 MLS-I含有更高的SiO2和更低的Ti，同時含有較高的Al。MKS-I和FJS-I模擬月壤由日本清水株式會社(Shimizu Corporation)的空間和 機器人系統(tǒng)部研制，初始物質(zhì)為玄武質(zhì)熔巖，經(jīng)粉碎加工后與Apollo 14采樣點月壤具有 相似的化學(xué)成分、粒度分布和力學(xué)性質(zhì)，且同為低鈦玄武巖質(zhì)。中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所鄭永春等以Apollo和Lima各次登月采樣點月壤的平 均化學(xué)組成和平均礦物和玻璃組成為系列化模擬月壤研制的參考標(biāo)準(zhǔn)，借鑒JSC-I模擬月 壤的研制經(jīng)驗，提出了以吉林靖宇堿性玄武質(zhì)火山渣為初始物質(zhì)研制的CAS-I模擬月壤， 其主要成分跟Apollo 14登月點宇航員采集的月壤樣品的平均化學(xué)組成相似。雖然到目前為止，總共研制有上述6種模擬月壤，主要是以Apollo 11和Apollol4 兩個登月采樣點的月壤為目標(biāo)進行模擬的，其它Apollo和Lima采樣點還沒有任何模擬月 壤提出。這些模擬月壤的內(nèi)摩擦角大于等于45°，適于在月球著陸器著陸沖擊模擬試驗 場中用作內(nèi)摩擦角較大的模擬月壤，但并不適用于月面巡視探測器模擬月面試驗場所需要 的內(nèi)摩擦角中等偏小的模擬月壤(典型月壤在0 60cm深度范圍內(nèi)的平均內(nèi)摩擦角為 48° 51° )。而對于月面巡視探測器移動性能試驗所需的模擬月壤試驗場，應(yīng)根據(jù)月面 巡視探測器移動性能與模擬月壤力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系，針對月球表面月壤物理力學(xué)性質(zhì)隨地理 位置不同而有較大變化的特點，從偏于安全的角度出發(fā)，需要適當(dāng)偏松、內(nèi)摩擦角中等偏小 的模擬月壤?；诖?，尋求一種適用于月面巡視探測器模擬月面試驗場所需要的內(nèi)摩擦角 中等偏小(不大于40° )的模擬月壤非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)摩擦角中等偏小的模擬月壤材料，該材料適用于月 面巡視探測器模擬月面的試驗場中。本發(fā)明的模擬月壤材料，以材料的總重量計，包含有以下重量百分比的組分
粒徑小于5匪的干粉土 60 % -95 %粒徑小于5mm的石榴石粉 5%-40%上述模擬月壤材料中，干粉土的重量百分比優(yōu)選為60%-80%o更優(yōu)選80%，粒徑 優(yōu)選為小于2mm ；石榴石粉的重量百分比優(yōu)選為20% -40%，更優(yōu)選20%。粒徑優(yōu)選為小于 2mm ο其中，模擬月壤材料的填筑干密度為1.45-1.70g/cm3，對應(yīng)的內(nèi)摩擦角在40°左 右，優(yōu)選37-40°。與現(xiàn)有模擬月壤相比，本發(fā)明的模擬月壤的填筑干密度為1.45-1.70g/cm3，對應(yīng) 的內(nèi)摩擦角在40°左右，可以滿足月面巡視探測器模擬月面試驗場的需要。能夠滿足月面 巡視探測器模擬月面試驗場模擬內(nèi)摩擦角中等偏小的月球土壤的要求，而且粉土和石榴石 原材料容易獲得，易于加工，價格低廉。


圖1為粉土和靈壽石榴石粉的粒徑級配曲線。圖2為100%粉土直剪試驗正應(yīng)力與剪應(yīng)力關(guān)系圖。圖中，相對密度為79%，密度為1. 55g/cm3,內(nèi)摩擦角為37°，粘聚力為22kPa。圖3為本發(fā)明的80%粉土、20%石榴石粉組成的模擬月壤材料的直剪試驗正應(yīng)力 與剪應(yīng)力關(guān)系圖。圖中，相對密度為76%，密度為1. 62g/cm3,內(nèi)摩擦角為39°，粘聚力為7kPa。圖4為本發(fā)明的80%粉土、20%石榴石粉直剪試驗正應(yīng)力與剪應(yīng)力關(guān)系圖。圖中，相對密度為83%，密度為1. 67g/cm3,內(nèi)摩擦角為38°，粘聚力為18kPa。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對發(fā)明進行詳細說明，以便更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容。所用的北京粉土取自北京大興區(qū)朱莊，石榴石粉取自河北靈壽，粉土和石榴石粉 的粒徑級配曲線如圖1所示。實施例1模擬月壤材料的配制采用北京朱莊粉土、河北靈壽石榴石粉來配制模擬月壤。粉土的平均粒徑為 0. 07mm，石榴石粉的平均粒徑為0. 08mm，粉土與石榴石粉按80 20的重量比混合，即在模 擬月壤中，粉土占總重量的80 %，石榴石粉占20 %。實施例2模擬月壤材料的配制采用與實施例1相同的原料進行配制，其中粉土的平均粒徑為0. 07mm，石榴石粉 的平均粒徑為0.08mm，粉土與石榴石粉按95 5的重量比混合，即在模擬月壤中，粉土占總 重量的95%，石榴石粉占5%。
其中，對實施例1的北京朱莊粉土、靈壽石榴石粉和混合模擬月壤材料按《土工試 驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123-1999)測定比重，測得北京朱莊粉土和河北靈壽石榴石粉的土粒 比重Gs分別為2. 69和3. 71，模擬月壤的土粒比重為2. 85。按《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123-1999)進行最大孔隙比試驗和最小孔隙比試 驗，測定粉土與細石榴石粉混合試樣的最大、最小孔隙比和最大、最小干密度，試驗結(jié)果如 表1所示。表1中還給出了粉土的試驗結(jié)果。由表1可知混合試樣可達到的干密度范圍約 為(1. 16 1. 80)g/cm3。表1本發(fā)明的模擬月壤材料的最大、最小干密度和孔隙比
權(quán)利要求
1.一種模擬月壤材料，以材料的總重量計，包含有以下重量百分比的組分 粒徑小于5mm的干粉土 60 % -95 %粒徑小于5mm的石榴石粉 5 % -40 %
2.如權(quán)利要求1所述的模擬月壤材料，其特征在于，所述模擬月壤材料中，干粉土的重 量百分比為60% -80%，石榴石粉的重量百分比為20% -40%，其粒徑通常小于2mm。
3.如權(quán)利要求2所述的模擬月壤材料，其特征在于，干粉土的重量百分比為80%，石榴 石粉的重量百分比優(yōu)選為20%。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的模擬月壤材料，其特征在于，模擬月壤材料的填筑干 密度為 1. 45-1. 70g/cm3。
5.如權(quán)利要求1-3任一項所述的模擬月壤材料，其特征在于，模擬月壤材料的內(nèi)摩擦 角為 35° -40°。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種模擬月壤材料，該材料包含有60-95wt％的粒徑小于5mm的北京朱莊干粉土和5-40wt％的粒徑小于5mm的河北靈壽石榴石粉。與現(xiàn)有模擬月壤相比，本發(fā)明的模擬月壤的填筑干密度為1.45-1.70g/cm3，對應(yīng)的內(nèi)摩擦角在40°左右，可以滿足月面巡視探測器模擬月面試驗場的需要。能夠滿足月面巡視探測器模擬月面試驗場模擬內(nèi)摩擦角中等偏小的月球土壤的要求，而且粉土和石榴石原材料容易獲得，易于加工，價格低廉。
文檔編號C04B32/00GK102115321SQ20091021715
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者何玲, 楊艷靜, 樊世超, 王婉秋, 陳輪 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所