與巡視器艙內(nèi)綜合電子學(xué)板進(jìn)行電連接；機(jī)械臂通過(guò)機(jī)械臂控制系統(tǒng)控制探頭進(jìn)入不同狀態(tài)(在軌標(biāo)定狀態(tài)、探測(cè)月表元素狀態(tài)、渡過(guò)月夜?fàn)顟B(tài))。探頭由機(jī)械臂投放到月面進(jìn)行探測(cè)，投放時(shí)機(jī)械臂控制系統(tǒng)接收到就位信號(hào)時(shí)，即發(fā)指令使臂停止運(yùn)動(dòng)。APXS系統(tǒng)需自行確定就位點(diǎn)，并將就位狀態(tài)提供給綜合電子學(xué)，由其轉(zhuǎn)發(fā)給機(jī)械臂控制系統(tǒng)。
[0027]探測(cè)器對(duì)其自帶激發(fā)源激發(fā)月表元素X射線熒光并進(jìn)行探測(cè)，并形成能譜下傳，供用戶分析反演得到月表的主量元素的含量信息。
[0028]根據(jù)設(shè)計(jì)要求，APXS探頭為艙外艙外設(shè)備，其溫度要求如下:
[0029]工作溫度:_35°C?35 °C ；
[0030]存儲(chǔ)溫度:-100°C?105°C。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為:
[0032]本發(fā)明的光譜儀設(shè)備具備自主保溫能力，大大提高了設(shè)備了月球生存能力，同時(shí)提聞了探測(cè)能力。
[0033]為了保證合適的工作溫度和存儲(chǔ)溫度，本發(fā)明針對(duì)探頭的結(jié)構(gòu)和熱傳輸及熱輻射進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。同時(shí)本發(fā)明使用相對(duì)安全的X射線源作為激發(fā)源，減小了中子輻射風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)應(yīng)用環(huán)境完成了內(nèi)部導(dǎo)熱及外部隔熱設(shè)計(jì)，最大限度地保證了設(shè)備在月表極端環(huán)境下的生存和工作能力。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為本發(fā)明APXS探測(cè)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖；
[0035]圖2為APXS工作模式圖；
[0036](a)探頭在軌標(biāo)定狀態(tài)圖，(b)探頭探測(cè)月表元素狀態(tài)圖，(C)探頭渡過(guò)月夜?fàn)顟B(tài)圖；
[0037]圖3為APXS激發(fā)月表元素的特征X射線，收集特征X射線示意圖；
[0038]圖4為月夜生存保障裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0039](a)月夜裝置正視圖，(b)沿(a)中A_A面的剖視圖；
[0040]圖5為APXS探頭外形圖；
[0041]圖6為激發(fā)源組件圖；
[0042]圖7為前端電子學(xué)組件結(jié)構(gòu)圖；
[0043](a)前端電子學(xué)組件側(cè)視圖，(b)沿(a)中A_A面的剖視圖；
[0044]圖8為前端電子學(xué)組件圖；
[0045]圖9為探頭熱實(shí)施措施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖；
[0046]圖10為散熱帽結(jié)構(gòu)圖；
[0047](a)正面視圖，(b)立體圖；
[0048]圖11為散熱銅棒結(jié)構(gòu)圖；
[0049]圖12為散熱片結(jié)構(gòu)圖；
[0050](a)正面視圖，(b)沿A-A的截面圖；
[0051]圖13為散熱片結(jié)構(gòu)圖；
[0052]圖14為散熱面結(jié)構(gòu)圖；
[0053](a)正面視圖，(b)沿A-A的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0055]APXS由探頭、在軌標(biāo)定裝置、月夜生存裝置(RHU)、電子學(xué)及軟件、電纜組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。
[0056]探頭安裝在巡視器機(jī)械臂末端，主要實(shí)現(xiàn)科學(xué)探測(cè)和距離感知的功能。它主要由激發(fā)源、紅外距離感知器、硅漂移X射線探測(cè)器(SDD)和前置放大電路組成，如圖3所示。
[0057]月夜生存保障裝置安裝在巡視器+X面板上，由主動(dòng)輻射熱源(RHU)、外部支架、熱控包覆構(gòu)成，如圖4所示。在低溫環(huán)境下(如月夜)輻射熱源為探頭提供主動(dòng)溫控，保障前端探頭的存儲(chǔ)溫度在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。
[0058]在軌定標(biāo)裝置由標(biāo)準(zhǔn)樣品和其支架構(gòu)成，在軌定標(biāo)標(biāo)樣作為APXS的在軌測(cè)量校正的基準(zhǔn)，確保探測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0059]電子學(xué)系統(tǒng)由二次電源轉(zhuǎn)換電路，數(shù)據(jù)采集電路和通訊接口電路等部分構(gòu)成。除探頭前端電子學(xué)外，其余部分集成在綜合電子學(xué)機(jī)箱的電子學(xué)板內(nèi)。
[0060]軟件部分實(shí)現(xiàn)的主要功能為:距離感知、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)通訊、指令處理和模式控制。
[0061 ] 探頭與后端電子學(xué)板通過(guò)電纜組件進(jìn)行電連接。
[0062]為了保證合適的工作溫度和存儲(chǔ)溫度，針對(duì)探頭的結(jié)構(gòu)和熱傳輸及輻射進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。探頭安裝在巡視器機(jī)械臂末端，如圖2(b)，它主要由探頭前端激發(fā)源組件、紅外距離感知器、外筒、前端電子學(xué)組件(含SDD探測(cè)器，安裝在外套內(nèi)部)組成，如圖5。
[0063]其中，探頭前端激發(fā)源組件提供隔離月面熱輻射、準(zhǔn)直激發(fā)、準(zhǔn)直探測(cè)、輻射屏蔽的作用，如圖6所示，其內(nèi)部安裝有八枚激發(fā)源，激發(fā)源組件的支撐結(jié)構(gòu)材料選用隔熱效果比較好的聚酰亞胺，為了減小月表紅外反照引起的熱輸入，聚酰亞胺表面鍍鋁。
[0064]前端電子學(xué)組件由SDD探測(cè)器、散熱帽、印制電路板安裝支架、電子學(xué)板及散熱銅棒和散熱片等幾部分組成，如圖7所示。其中SDD探測(cè)器為X射線探測(cè)的關(guān)鍵性元件，電子學(xué)板(前端電路板板、母線電路板、前級(jí)放大電路板和成型電路板)給硅漂移室X射線探測(cè)器(SDD)供電并將SDD的探測(cè)信號(hào)放大、成型，安裝支架主要是采用半封閉結(jié)構(gòu)，除了固定結(jié)構(gòu)外，還與外筒、散熱片和散熱帽形成封閉的電磁屏蔽體，為內(nèi)部電子學(xué)板提供電磁屏蔽，散熱帽、散熱銅棒和散熱片三個(gè)散熱元件將前端的熱量傳導(dǎo)到后面的散熱面上。
[0065]X射線進(jìn)入SDD探測(cè)器，通過(guò)沉積能量形成電子空穴對(duì)，電子空穴對(duì)通過(guò)SDD上的電場(chǎng)收集，形成電信號(hào)，其電荷量與X射線能量成正比，前端放大電路采用低噪聲電荷靈敏放大器，對(duì)SDD產(chǎn)生的弱信號(hào)進(jìn)行放大，經(jīng)成型電路濾波成型后，通過(guò)電纜傳導(dǎo)到電控箱中的APXS電子學(xué)板，并被其收集，形成APXS的科學(xué)數(shù)據(jù)，其原理圖如圖8所示。
[0066]APXS探頭為艙外設(shè)備，由于APXS探頭和機(jī)械臂安裝面之間將采取隔熱安裝，此時(shí)APXS探頭失去了傳導(dǎo)散熱的通道，其自身功耗產(chǎn)生的熱量和月球環(huán)境外熱流對(duì)儀器的輸入熱量就只能通過(guò)儀器自身的端面和殼體散熱。由上述對(duì)月球熱環(huán)境的分析可知，月晝時(shí)月表溫度隨太陽(yáng)高度角的增大而迅速增高，月球復(fù)雜外熱流對(duì)APXS探頭會(huì)產(chǎn)生較大的輸入熱量，尤其是太陽(yáng)直接照射和月球紅外輻射會(huì)對(duì)APXS探頭產(chǎn)生較大影響；月夜，月表溫度為-180°C，此低溫將使APXS的生存面臨考驗(yàn)。因此，鑒于對(duì)月球熱環(huán)境的分析和對(duì)APXS探頭散熱能力的估算結(jié)果，APXS的熱控設(shè)計(jì)思路為:
[0067]1、根據(jù)APXS結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇為APXS探頭末端為散熱面，如圖9所示。螺釘從“外筒”法蘭處穿過(guò)固定到散熱面(自左向右；法蘭為安裝隔熱墊上部的圓形翻邊部分，法蘭用于連接外筒和散熱面)，這與螺釘穿過(guò)散熱面固定到“外筒”方式相比，減少螺孔，增加了散熱面涂覆白漆的面積。
[0068]2、通過(guò)外加熱控材料和熱控涂層等方法盡量減小月球外熱流對(duì)APXS探頭的影響；如上圖，在散熱面外表面涂覆白漆，增強(qiáng)散熱能力；在散熱片與散熱面之間涂覆導(dǎo)熱硅月旨，增強(qiáng)導(dǎo)熱能力；在聚酰亞胺結(jié)構(gòu)表面鍍鋁，減少紅外線影響；除探頭兩端外，其余部分包裹熱控多層材料，減少熱量流入、散出。
[0069]3、與巡視器和機(jī)械臂進(jìn)行協(xié)調(diào)，通過(guò)三方協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)APXS探頭月晝工作和月夜存儲(chǔ)的最佳狀態(tài)。
[0070]在熱設(shè)計(jì)上，主要有以下幾個(gè)手段:
[0071]1.通過(guò)散熱帽、散熱銅棒、散熱片和電路板支架建立硅漂移X射線探測(cè)器與散熱面間的低熱阻散熱通道，這5個(gè)散熱元件分別為熱阻比較低的鋁和銅材料制成，熱傳導(dǎo)效果好，連接關(guān)系見圖7和圖9。由于硅漂移室探測(cè)器為主要發(fā)熱原件，上述的幾件零件，在硅漂移X射線探測(cè)器和散熱面間，形成了兩條散熱通道:一條是硅漂移X射線探測(cè)器——散熱帽——電路板支架——散熱片——散熱面，另一條是硅漂移X射線探測(cè)器——散熱銅棒——散熱片——散熱面。
[0072]散熱帽，連接位置見圖7，為鋁材料，采用“翻邊”結(jié)構(gòu)壓緊“前端電路板”，既能嚴(yán)絲合縫的固定“前端電路板”，又增加了與“外筒”接觸面積；通過(guò)螺釘固定到“電路板支架”上；中心孔比SDD直徑稍大，設(shè)計(jì)在“散熱帽”中心孔與“SDD”之間縫隙填充硅橡膠，形成熱傳導(dǎo)通路，“前端電路板”表面大面積敷銅，增加與“散熱帽”面積，以減小SDD和散熱面間接觸熱阻；“散熱帽”采用“挖槽”方式(如圖10所示，帶圓角長(zhǎng)方形)避開接觸SDD探測(cè)器針腳，既防止短路