月球极区冻结模拟月壤物理力学特性研究.docx

月球极区的冻结模拟月壤物理力学特性研究是月球探索的重要领域，因为这些特性直接影响着月球探测器的着陆、移动、取样以及未来月球基地建设的可行性。月球极区的永久阴影区温度极低，使得水分子能够以冰的形式存在，这对于人类的星际探索和月球资源开发具有重大意义。水不仅对于生命维持至关重要，还对理解月球的形成和演化过程起着关键作用。 现有的研究已经对月壤的物理和力学性质进行了大量工作，但大部分集中在干燥月壤上，对含水（冰）月壤的研究相对较少。例如，郑永春等人对月壤的物理和力学性质进行了综合分析，但并未涵盖含水月壤。张宇等人研究了无水CAS-1模拟月壤的动剪切模量和阻尼比，发现在真实的月面环境下，动剪切模量较低，阻尼比较大。Atkinson等人的研究则表明，冻结模拟月壤的穿透阻力和弛豫效应对含冰量非常敏感，但当含水率超过饱和点后，这些效应的变化不再显著。 月球极区的温度范围在-30至-230℃，这个区间内的冻结月壤力学性质研究仍处于初级阶段。常规冻土力学研究的温度范围通常高于这一区间，因此，其结果不能直接应用到月球极区。月壤的导热特性对于月球探测器的温度控制至关重要，过高的温度变化可能会导致探测器失效。Langseth等人根据阿波罗任务的数据分析，得出月表下1至2.36米深度的导热系数在0.015至0.03 W·m^-1·K^-1之间。Cremers等人在实验室内测量了不同密度和温度条件下的月球样品导热系数，发现导热系数会随着深度和密度的变化而变化。 本研究采用吉林大学研制的模拟极区玄武质月壤，通过液态水混合法制备冻结模拟月壤，旨在研究其导热系数和在-196℃条件下的单轴压缩应力-应变特性。这种方法有助于为月球极区探测器和钻具的设计提供关键参数，服务于国家的探月工程。试验方法包括模拟月壤的制备，其矿物成分与真实月壤有较高的一致性，尽管存在一些微小差异，如氧化亚铁和硫的含量。 月球极区冻结月壤的物理力学特性研究是探月工程中的核心技术问题，涉及到月球资源的评估、探测器的安全运行以及未来月球基地的建立。通过对月壤的导热系数、力学性能等多方面深入研究，我们可以更准确地预测和应对月球表面的各种挑战，为未来的太空探索奠定坚实基础。