本發(fā)明涉及月面資源開發(fā)利用領(lǐng)域，特別涉及一種輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、關(guān)于月球資源勘探以及太空資源探測(cè)的研究愈演愈烈，甚至成為大國之間互相競爭的科技之戰(zhàn)。未來的十五年內(nèi)，月球資源勘查一定會(huì)成為開發(fā)利用太空資源的黃金時(shí)期。月球資源的開發(fā)利用是未來基地建設(shè)以及人類移民太空的發(fā)展前提和基礎(chǔ)，因此，對(duì)月球資源勘查是迫在眉睫。目前，己有的對(duì)月觀測(cè)技術(shù)，包括地基觀測(cè)以及軌道遙感探測(cè)，我們都只能以數(shù)據(jù)的形式去研究月球，完成了250萬的全月球數(shù)字地質(zhì)圖，但遇到月球資源的實(shí)地分析時(shí)，還是必須要“親自”到達(dá)月球，才能根據(jù)勘查的經(jīng)驗(yàn)更快剖析出最佳的開采方案。

2、為了更全面迅速的分析月球資源分布，需要對(duì)月球各處的資源進(jìn)行實(shí)地考察。然而月球表面具有發(fā)射成本昂貴、維護(hù)不方便、環(huán)境苛刻等特點(diǎn)，應(yīng)用于該月表的資源勘探器需要具備長期免維護(hù)、智能運(yùn)行、小體積、集成化高等特點(diǎn)?，F(xiàn)有月表的資源勘探器往往搭載于月球車上，系統(tǒng)復(fù)雜，可探測(cè)區(qū)域有限，難以實(shí)現(xiàn)月面資源大規(guī)模開發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，以解決月球資源難以實(shí)地考察的問題，可以實(shí)現(xiàn)月面資源原位探測(cè)與后期資源開發(fā)定位導(dǎo)航功能。本發(fā)明提出的一種輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，系統(tǒng)集成度高，便于攜帶布置，單次發(fā)射任務(wù)可攜帶多個(gè)輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，可月面大規(guī)模部署，同時(shí)對(duì)月表多個(gè)區(qū)域展開資源探測(cè)，且工作不受陰影期限制。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，其特征在于，其包括信號(hào)收發(fā)天線1、鉆頭2、深空密封結(jié)構(gòu)3、資源勘探器5、輻伏電池6、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊7、智能控制器8、固定裝置9、長壽命鋰電池10以及配重11，所述輻伏電池6通過輻射伏特效應(yīng)和/或輻光伏效應(yīng)將放射性同位素的輻射能轉(zhuǎn)換為電能，為長壽命鋰電池10充電，

4、所述鉆頭2為長桿形狀，所述信號(hào)收發(fā)天線1位于鉆頭2的尾部，深空密封結(jié)構(gòu)3設(shè)置在鉆頭2的頭部一側(cè)，并且鉆頭2從深空密封結(jié)構(gòu)3的中心穿過，鉆頭2在深空密封結(jié)構(gòu)3的靠近頭部的一側(cè)設(shè)置配重11，資源勘探器5、輻伏電池6、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊7、智能控制器8、長壽命鋰電池10均設(shè)置在深空密封結(jié)構(gòu)3內(nèi)部且實(shí)現(xiàn)密封，

5、所述信號(hào)收發(fā)天線1、鉆頭2、資源勘探器5、輻伏電池6、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊7、智能控制器8、長壽命鋰電池10之間通過線纜連接，智能控制器8控制輻伏電池6的能量收集、長壽命鋰電池10的充放電、以及信號(hào)收發(fā)天線1、鉆頭2、資源勘探器5、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊7的開關(guān)。

6、進(jìn)一步的是，所述信號(hào)收發(fā)天線1形狀為箭矢的尾翼狀。

7、進(jìn)一步的是，所述鉆頭2為耐腐蝕的硬質(zhì)合金，將月面原位資源勘探器5固定處的深層月壤12提取至資源勘探器5進(jìn)行分析，并標(biāo)記所分析月壤12的大概深度，所述資源勘探器5為低功耗的土壤成分檢測(cè)儀，對(duì)鉆頭2提取出來的深處月壤12的成分進(jìn)行分析。

8、進(jìn)一步的是，所述深空密封結(jié)構(gòu)3為抗電子輻照的金屬或合金制備的密封腔體，所述深空密封結(jié)構(gòu)3內(nèi)部進(jìn)一步設(shè)置有保溫和/或減震功能層4。

9、進(jìn)一步的是，所述輻伏電池6為選自基于輻射伏特效應(yīng)、輻光伏效應(yīng)的同位素電池中的一種或幾種，所述輻伏電池6采取抗輻照屏蔽措施。

10、進(jìn)一步的是，所述智能控制器8包括微能量采集器、信號(hào)檢測(cè)單元、充電管理單元、放電管理控制器及升壓變換器，微能量采集器用于收集輻伏電池6輸出的電能；信號(hào)檢測(cè)單元對(duì)輻伏電池6電池和長壽命鋰電池10的電流、電壓的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以判斷系統(tǒng)工作模式；放電管理控制器根據(jù)信號(hào)檢測(cè)單元的信號(hào)控制系統(tǒng)工作于待機(jī)模式或者工作模式；升壓變換器根據(jù)后端負(fù)載需求，將供電母線變換為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊7供電。

11、進(jìn)一步的是，深空密封結(jié)構(gòu)3內(nèi)部還包括可驅(qū)動(dòng)伸出深空密封結(jié)構(gòu)3的固定裝置9，工作時(shí)，固定裝置9從深空密封結(jié)構(gòu)3側(cè)壁上預(yù)留孔探出，用于固定裝置。

12、進(jìn)一步的是，所述長壽命鋰電池10通過負(fù)極活性鋰調(diào)控，將外部鋰源預(yù)先儲(chǔ)存于負(fù)極令負(fù)極鋰過量，實(shí)現(xiàn)負(fù)極補(bǔ)鋰，保障其壽命≥10年。

13、進(jìn)一步的是，所述配重11位于裝置頭部，其材料為高密度金屬或合金，形狀為尖銳的圓錐，調(diào)控裝置的重心，確保裝置可以插入月壤12。

14、本發(fā)明還提供了使用上述輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置的月面資源勘探方法，其特征在于，包括下述步驟：隔空投放裝置，采用自由落體的形式插入月壤12之中；智能控制器8控制長壽命鋰電池10先為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊7供能，將固定裝置9驅(qū)動(dòng)沿著深空密封結(jié)構(gòu)3上的預(yù)留孔洞向外延伸，插入月壤12中，從而將裝置固定在落體位置；固定裝置9延伸到位后，智能控制器8控制長壽命鋰電池10為信號(hào)收發(fā)天線1供能，與地面控制基地取得聯(lián)系，獲取裝置在月球表面的位置信息；隨后，智能控制器8控制長壽命鋰電池10為鉆頭2和資源勘探器5供能，對(duì)該位置的月面區(qū)域資源進(jìn)行挖掘以及成分分析，并且智能控制器8控制長壽命鋰電池10每隔2個(gè)月為信號(hào)收發(fā)天線1供能，向地面控制基地發(fā)送資源勘探信息，當(dāng)長壽命鋰電池10電能耗盡時(shí)，裝置進(jìn)入待機(jī)模式，智能控制器8控制輻伏電池6為長壽命鋰電池10的充電，直至長壽命鋰電池10電能充滿。

15、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比帶來的有益效果為：

16、(1)本發(fā)明通過輻伏電池提供能量，可確保月面原位資源勘探器在月面上工作時(shí)不受陰影期影響。

17、(2)本發(fā)明通過智能控制器控制月面原位資源勘探器的多種載荷智能運(yùn)行，一方面，有效收集并利用輻伏電池微弱的電能為長壽命鋰電池充電，另一方面，系統(tǒng)集成度高，降低了系統(tǒng)的體積與重量，便于攜帶布置，有助于實(shí)現(xiàn)月面大規(guī)模部署。

18、(3)本發(fā)明提供的月面原位資源勘探器具備信號(hào)收發(fā)功能，勘探完成后該裝置可留在原位作為月面信標(biāo)，為后續(xù)月球資源開發(fā)利用和月面基地建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)特征：

1.一種輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，其特征在于，其包括信號(hào)收發(fā)天線(1)、鉆頭(2)、深空密封結(jié)構(gòu)(3)、資源勘探器(5)、輻伏電池(6)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(7)、智能控制器(8)、固定裝置(9)、長壽命鋰電池(10)以及配重(11)，所述輻伏電池(6)通過輻射伏特效應(yīng)和/或輻光伏效應(yīng)將放射性同位素的輻射能轉(zhuǎn)換為電能，為長壽命鋰電池(10)充電，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，其特征在于，所述信號(hào)收發(fā)天線(1)形狀為箭矢的尾翼狀。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，其特征在于，所述鉆頭(2)為耐腐蝕的硬質(zhì)合金，將月面原位資源勘探器(5)固定處的深層月壤(12)提取至資源勘探器(5)進(jìn)行分析，并標(biāo)記所分析月壤(12)的大概深度，所述資源勘探器(5)為低功耗的土壤成分檢測(cè)儀，對(duì)鉆頭(2)提取出來的深處月壤(12)的成分進(jìn)行分析。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，其特征在于，所述深空密封結(jié)構(gòu)(3)為抗電子輻照的金屬或合金制備的密封腔體，所述深空密封結(jié)構(gòu)(3)內(nèi)部進(jìn)一步設(shè)置有保溫和/或減震功能層(4)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，其特征在于，所述輻伏電池(6)為選自基于輻射伏特效應(yīng)、輻光伏效應(yīng)的同位素電池中的一種或幾種，所述輻伏電池(6)采取抗輻照屏蔽措施。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，其特征在于，所述智能控制器(8)包括微能量采集器、信號(hào)檢測(cè)單元、充電管理單元、放電管理控制器及升壓變換器，微能量采集器用于收集輻伏電池(6)輸出的電能；信號(hào)檢測(cè)單元對(duì)輻伏電池(6)電池和長壽命鋰電池(10)的電流、電壓的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以判斷系統(tǒng)工作模式；放電管理控制器根據(jù)信號(hào)檢測(cè)單元的信號(hào)控制系統(tǒng)工作于待機(jī)模式或者工作模式；升壓變換器根據(jù)后端負(fù)載需求，將供電母線變換為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(7)供電。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，其特征在于，深空密封結(jié)構(gòu)(3)內(nèi)部還包括可驅(qū)動(dòng)伸出深空密封結(jié)構(gòu)(3)的固定裝置(9)，工作時(shí)，固定裝置(9)從深空密封結(jié)構(gòu)(3)側(cè)壁上預(yù)留孔探出，用于固定裝置。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，其特征在于，所述長壽命鋰電池(10)通過負(fù)極活性鋰調(diào)控，將外部鋰源預(yù)先儲(chǔ)存于負(fù)極令負(fù)極鋰過量，實(shí)現(xiàn)負(fù)極補(bǔ)鋰，保障其壽命≥10年。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置，其特征在于，所述配重(11)位于裝置頭部，其材料為高密度金屬或合金，形狀為尖銳的圓錐，調(diào)控裝置的重心，確保裝置可以插入月壤(12)。

10.一種使用權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置的月面資源勘探方法，其特征在于，包括下述步驟：隔空投放裝置，采用自由落體的形式插入月壤12之中；智能控制器8控制長壽命鋰電池10先為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊7供能，將固定裝置9驅(qū)動(dòng)沿著深空密封結(jié)構(gòu)3上的預(yù)留孔洞向外延伸，插入月壤12中，從而將裝置固定在落體位置；固定裝置9延伸到位后，智能控制器8控制長壽命鋰電池10為信號(hào)收發(fā)天線1供能，與地面控制基地取得聯(lián)系，獲取裝置在月球表面的位置信息；隨后，智能控制器8控制長壽命鋰電池10為鉆頭2和資源勘探器5供能，對(duì)該位置的月面區(qū)域資源進(jìn)行挖掘以及成分分析，并且智能控制器8控制長壽命鋰電池10每隔2個(gè)月為信號(hào)收發(fā)天線1供能，向地面控制基地發(fā)送資源勘探信息，當(dāng)長壽命鋰電池10電能耗盡時(shí)，裝置進(jìn)入待機(jī)模式，智能控制器8控制輻伏電池6為長壽命鋰電池10的充電，直至長壽命鋰電池10電能充滿。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種輻伏電池供能的月面原位資源勘探裝置及方法。該裝置特征在于，其包括信號(hào)收發(fā)天線(1)、鉆頭(2)、深空密封結(jié)構(gòu)(3)、資源勘探器(5)、輻伏電池(6)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(7)、智能控制器(8)、固定裝置(9)、長壽命鋰電池(10)以及配重(11)，所述輻伏電池(6)為長壽命鋰電池(10)充電，智能控制器(8)控制輻伏電池(6)的能量收集、長壽命鋰電池(10)的充放電、以及信號(hào)收發(fā)天線(1)、鉆頭(2)、資源勘探器(5)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(7)的開關(guān)。本發(fā)明可確保不受陰影期影響，集成度高便于攜帶布置，有助于實(shí)現(xiàn)月面大規(guī)模部署，還可以為后續(xù)月球資源開發(fā)利用和月面基地建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉洋,吳春瑜,楊帥飛,李陽,楊慧,劉世超,楊華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上?？臻g電源研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5