月壤的案例
月壤樣本采集系統(tǒng)-輻條變形裝置的工程應用 ￥59.99
今天來看一下輻條變形裝置的實際應用-撿球器（被動變形）和月壤樣本采集系統(tǒng)（主動變形）。
01.撿球器
撿球中...
撿球器Abaqus分析模型
撿球器Abaqus模型的主要部分是沿圓周均布的40根輻條，輻條材料為鋼，模擬采用線彈性材料本構(gòu)，單元類型選用beam；輻條可整體繞中心軸轉(zhuǎn)動，接觸到地面、網(wǎng)球時會發(fā)生彈性變形。
邊界條件設置撿球器手柄的下壓、前推、上提過程。
撿球中...
看一下?lián)烨蚱魇侨绾伟亚虺赃M去的：
輻條“搭”到網(wǎng)球上
輻條的彈性變形
汽車輪胎花紋的橫紋縫隙里經(jīng)常會卡到一些比縫隙大的石子，這個過程某種程度上和上面撿球器的力學過程是類似的。
02.月壤樣本采集系統(tǒng)
撿球器是利用輻條的被動變形來工作的，下面這個有點像打蛋器的裝置，利用主動變形，調(diào)節(jié)輻條開口縫隙，實現(xiàn)拾取不同尺寸月壤樣本的功能。
月壤樣本采集系統(tǒng)
采樣爪參數(shù)調(diào)節(jié)
通過改變參數(shù)Ang1在93°到103°之間變化，采樣爪會進入三種不同模式，可以拾取不同尺寸的月壤樣本。
采樣爪的三種模式
該設計來自于2018年NASA面向全球的月球采樣系統(tǒng)設計挑戰(zhàn)賽的冠軍作品，作者lauri.link，如果進一步通過NASA的測試試驗，這個idea將會在未來月球車采樣系統(tǒng)中得到應用。
展開 嫦娥四、五號任務著陸過程中發(fā)動機羽流侵蝕月表機制研究
測量了嫦娥五號反推發(fā)動機羽流在月表上的侵蝕深度和侵蝕的月壤總質(zhì)量等參數(shù)，校驗了前期廣泛使用的羽流侵蝕模型，發(fā)現(xiàn)其與觀測數(shù)據(jù)不符。我們基于觀測數(shù)據(jù)建立了能預測氣流侵蝕發(fā)生的新空氣動力學模型。研究結(jié)果為嫦娥五號樣品分析及后期航天器著陸過程中的羽流侵蝕效應評估提供重要參考。
圖1 嫦娥五號降落相機以及月壤采樣位置
圖2 嫦娥五號反推發(fā)動機羽流侵蝕的深度
當嫦娥五號發(fā)動機的噴口離月表13.74 m時，噴口排出的羽流開始侵蝕月球表面，揚起月塵。在嫦娥五號降落相機的觀測區(qū)域內(nèi)，月表被羽流侵蝕的平均深度是1.2±0.1 cm，這比嫦娥四 號羽流引起的月壤侵蝕深度大了1.7倍。侵蝕深度的差異主要由以下兩個因素造成：1）嫦娥五號反推發(fā)動機在下降最后階段的工作推力為2900 N，嫦娥四 號反推發(fā)動機在下降最后階段的工作推力為2200 N；2）嫦娥五號的侵蝕深度對應于5 s的侵蝕時間，是嫦娥四 號的3.3倍。
嫦娥五號反推發(fā)動機羽流在著陸區(qū)形成了一個半徑將近5米的侵蝕坑，侵蝕坑最大深度為1.4 cm。反推發(fā)動機羽流從這個侵蝕坑里運送出去的月壤總質(zhì)量大約為441 kg，侵蝕范圍III、II和I內(nèi)運送出去的月壤質(zhì)量分別占59.2%（261 kg）、30.4%（134 kg）、10.4%（46 kg）。
圖3 嫦娥五號反推發(fā)動機羽流產(chǎn)生侵蝕深度隨距離的變化
研究人員分析了月塵顆粒被羽流揚起的過程（圖4）。顆粒在揚起之前會受到羽流施加的下壓力、拖曳力、升力以及顆粒之間的粘附力，當拖曳力和升力的力矩能克服其它力矩時，顆粒就會被羽流推動，最終進入羽流場。
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月壤樣本采集系統(tǒng)
撿球器是利用輻條的被動變形來工作的，下面這個有點像打蛋器的裝置，利用主動變形，調(diào)節(jié)輻條開口縫隙，實現(xiàn)拾取不同尺寸月壤樣本的功能。
月壤樣本采集系統(tǒng)
采樣爪參數(shù)調(diào)節(jié)
通過改變參數(shù)Ang1在93°到103°之間變化，采樣爪會進入三種不同模式，可以拾取不同尺寸的月壤樣本。
采樣爪的三種模式
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玉兔號月球車探測器：靈活高效進行月面巡視
全景相機
在世界上首次應用的測月雷達安裝在月球車底部，用于在巡視過程中直接探測30米內(nèi)月壤結(jié)構(gòu)和100米深的淺層月殼結(jié)構(gòu)。它有2個探測通道，高頻通道探測30米深月壤結(jié)構(gòu)，低頻通道探測100米深月殼的結(jié)構(gòu),這是前人從未做過的。它隨月球車一邊走一邊測，這相當于一邊走一邊把地下切開一刀看看里面，看看這個月球土壤有哪幾層，土壤里有沒有大石塊或是其他什么結(jié)構(gòu)。因為玉兔號是區(qū)域性探測，所以測月雷達有助于了解區(qū)域性的典型月壤和地質(zhì)構(gòu)造以及次表層的結(jié)構(gòu)。通過搭載的測月雷達，并集合其他載荷探測的成果，可以在國際上首次建立集形貌、成分、結(jié)構(gòu)于一體的綜合性觀測剖面，建立起月球區(qū)域綜合演化動力學模型。
紅外成像光譜儀包括可見近紅外和短波紅外2個譜段，能獲取可見近紅外到短波紅外的高分辨率反射光譜及圖像，用于巡視區(qū)月表紅外光譜分析和成像探測任務，完成巡視區(qū)月表礦物組成和分布分析，巡視區(qū)能源和礦產(chǎn)資源的綜合研究。其中紅外譜段可以非常精細地觀測光譜，判斷不同的物質(zhì)。在月球車行進過程中，這臺光譜儀能沿著行走方向成像，并探測月球表面物質(zhì)的成分。
粒子激發(fā)X射線譜儀安裝在機械臂末端，通過機械臂投放到探測目標附近，用于對巡視區(qū)月表物質(zhì)主量元素含量進行現(xiàn)場分析，識別、鑒定巖石全巖成分、月壤全巖成分和礦物成分、能源和礦產(chǎn)資源的綜合研究。它主要是通過X射線來分析月球礦物質(zhì)化學成分，當需要探測時候，就主動發(fā)出射線。
玉兔號月球車結(jié)構(gòu)圖
嫦娥三號已獲得了豐碩成果。例如，2015年3月12日，我國科學家在《科學》上發(fā)表了玉兔號的新發(fā)現(xiàn)，月球的地質(zhì)史比人們此前認為的更為復雜。其測月雷達探測到，嫦娥三號著陸區(qū)表面下至少分為9層結(jié)構(gòu)，這表明在那里曾有多個地質(zhì)學過程發(fā)生。
展開 
演講大咖預告丨2025 Altair離散元仿真技術(shù)研討會火熱報名中！
楊軍偉
合工仿真高級工程師
北京合工仿真技術(shù)有限公司
演講主題：月壤中鈦鐵礦原位選礦工藝多物理場模擬與優(yōu)化
具有八年 CAE 仿真工程經(jīng)驗，參與項目包括月壤磁選項目、糧食輸送轉(zhuǎn)運仿真、密相氣力輸送仿真、混凝土攪拌車攪拌性能仿真、工業(yè)閃速爐熔融反應仿真等。熟練使用 EDEM、FLUENT、ADAMS 等軟件工具。
嘉賓持續(xù)更新中……
三、報名方式
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報名審核通過后將統(tǒng)一通知會議地址。
參會席位有限，請您務必提前報名，確保能預留您的參會席位。
參會即有小禮品，期待您的參與！
四、關(guān)于大會
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關(guān)于 Altair 澳汰爾
Altair 是計算科學和智能領域的全球領導者之一，在仿真、高性能計算 (HPC) 和人工智能等領域提供軟件和云解決方案。Altair 能使跨越廣泛行業(yè)的企業(yè)們在連接的世界中更高效地競爭，并創(chuàng)造更可持續(xù)的未來。
公司總部位于美國密歇根州，服務于16000多家全球企業(yè)，應用行業(yè)包括汽車、消費電子、航空航天、能源、機車車輛、造船、國防軍工、金融、零售等。
欲了解更多信息，歡迎訪問：
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展開 PFC模擬太空車車輪運動 ￥15
太空土（月壤或者火星土）通常是無膠結(jié)或者弱膠結(jié)的。
這里用砂土顆粒來類比于這些土，以后如果有比較好的本構(gòu)模型可以加進去。
首先成樣、預壓、加重力平衡。
然后用外部圖形導入的方式引入車輪的形狀。
我這里畫的時候沒有太注意大小和坐標，導入的時候?qū)憘€代碼用來放大縮小以及移動，這個都比較容易實現(xiàn)。
之后將車輪下壓到指定的壓力結(jié)束，這里在車輪移動的時候沒有進行伺服平衡，因為比較吃計算速度，代碼保留在下壓文件的最后一部分。
研究車輪，我這里主要講滑轉(zhuǎn)率作為一個變量。當滑轉(zhuǎn)率為1的時候，車輪相當于在原地打滑。
這里給出0.5滑轉(zhuǎn)率下車輪在砂土上的移動產(chǎn)生的土體位移圖。
可以看到土壤在車輪下形成一條滑移帶。也可以研究力的變化
這個是車輪運動時候的力鏈圖，可以看到力主要聚集于車輪的前半部分。
力的變化可以看出水平力圍繞某一個值在變化，豎向力減小到某一個值周圍變化。
展開 火星探測陸空協(xié)同無人系統(tǒng)的研究發(fā)展分析
另一方面，火星表面土壤表現(xiàn)為與月壤類似的特征［32］，其顆粒直徑范圍比較廣，表層的顆粒直徑比月壤表層的顆粒直徑要大，但是火星土壤密度比較小。相較于月壤，火星表層容重總體上偏小，火星土壤的內(nèi)摩擦角要比月球土壤的內(nèi)摩擦角小，火星土壤的承載力和月球接近，如圖2和圖3所示，火星土壤與月壤的松軟程度比較接近，這對火星探測地面車輛系統(tǒng)研制具有重要的參考意義。
圖2 好奇號行駛后留下土壤車轍痕跡
Fig.2 Curiosity’s view of Martian dune after crossing it
圖3 中國探月工程玉兔2號留下的車轍
Fig.3 Yutu2’s view of the Moon’s Mare Imbrium region
火星塵埃主要組成成分為極細粒的硅酸鹽顆粒物，會在火星地表隨風遷移，探測器的研發(fā)需要考慮這種物質(zhì)對火星探測器的光學部件可能產(chǎn)生的威脅以及火星探測器壽命的影響，塵埃沉積為太陽能電池板以及裸露在火星環(huán)境中的其他硬件設備的效率和壽命帶來極大挑戰(zhàn)，勇氣號曾因為太陽能電池板蒙塵，電力持續(xù)下降導致供電系統(tǒng)癱瘓［33］。另外，火星上極有可能存在含有磁性物質(zhì)的土壤和塵埃，磁性的監(jiān)測也將為無人系統(tǒng)儀器正常工作提供重要信息。
2.2 大氣環(huán)境
本文針對行星探測可能存在的陸空系統(tǒng)應用選擇開展相關(guān)研究探討，劉高同等［18］對火星表面大氣環(huán)境特性進行了模擬仿真研究，設計合理有效的行星探測無人飛行系統(tǒng)亟需可靠的火星大氣地面模擬裝置，以提供試驗基礎保障。
已有的火星探測器數(shù)據(jù)表明，火星表面大氣環(huán)境呈現(xiàn)出稀薄、干燥、嚴寒、風沙大、沙塵暴頻繁的特點，并且處于低氣壓和低溫狀態(tài)（如圖4），這些問題是火星著陸無人探測系統(tǒng)必須面對和克服的問題。火星表面大氣壓強只有地球的0.6%，而且主要成分CO2占全部氣體的95.97%，大氣中還夾帶著大量沙塵。
展開 中國聯(lián)合多國論證采用3D打印技術(shù)在月球建科研站
中國、美國、俄羅斯和歐洲等國家都在論證，要不要在月球建立一個科研基地，或者科研站，比如說采用3D打印技術(shù)，能不能在月亮上利用月壤建房子等，我們要通過嫦娥八號驗證部分技術(shù)，為以后各國一起共同構(gòu)建月球科研基地，做一些前期探索。”吳艷華說。
火星探測陸空協(xié)同無人系統(tǒng)的研究發(fā)展分析
另一方面，火星表面土壤表現(xiàn)為與月壤類似的特征［32］，其顆粒直徑范圍比較廣，表層的顆粒直徑比月壤表層的顆粒直徑要大，但是火星土壤密度比較小。相較于月壤，火星表層容重總體上偏小，火星土壤的內(nèi)摩擦角要比月球土壤的內(nèi)摩擦角小，火星土壤的承載力和月球接近，如圖2和圖3所示，火星土壤與月壤的松軟程度比較接近，這對火星探測地面車輛系統(tǒng)研制具有重要的參考意義。
圖2 好奇號行駛后留下土壤車轍痕跡
Fig.2 Curiosity’s view of Martian dune after crossing it
圖3 中國探月工程玉兔2號留下的車轍
Fig.3 Yutu2’s view of the Moon’s Mare Imbrium region
火星塵埃主要組成成分為極細粒的硅酸鹽顆粒物，會在火星地表隨風遷移，探測器的研發(fā)需要考慮這種物質(zhì)對火星探測器的光學部件可能產(chǎn)生的威脅以及火星探測器壽命的影響，塵埃沉積為太陽能電池板以及裸露在火星環(huán)境中的其他硬件設備的效率和壽命帶來極大挑戰(zhàn)，勇氣號曾因為太陽能電池板蒙塵，電力持續(xù)下降導致供電系統(tǒng)癱瘓［33］。另外，火星上極有可能存在含有磁性物質(zhì)的土壤和塵埃，磁性的監(jiān)測也將為無人系統(tǒng)儀器正常工作提供重要信息。
2.2 大氣環(huán)境
本文針對行星探測可能存在的陸空系統(tǒng)應用選擇開展相關(guān)研究探討，劉高同等［18］對火星表面大氣環(huán)境特性進行了模擬仿真研究，設計合理有效的行星探測無人飛行系統(tǒng)亟需可靠的火星大氣地面模擬裝置，以提供試驗基礎保障。
已有的火星探測器數(shù)據(jù)表明，火星表面大氣環(huán)境呈現(xiàn)出稀薄、干燥、嚴寒、風沙大、沙塵暴頻繁的特點，并且處于低氣壓和低溫狀態(tài)（如圖4），這些問題是火星著陸無人探測系統(tǒng)必須面對和克服的問題。
展開 “太空制造”來了 中科院驗證微重力制造技術(shù)
使用該材料可有效保證制造過程中材料形態(tài)的穩(wěn)定，為微重力環(huán)境下粉末材料的高精度成型提供了新技術(shù)途徑，有望在未來實現(xiàn)半導體、光學部件、MEMS（微機電系統(tǒng)）等產(chǎn)品在太空探索任務中的原位快速制造，也為月塵月壤等月球資源的就位利用提供了新技術(shù)途徑，是對太空制造領域具有深遠影響的亮點性研究成果。
中科院太空制造技術(shù)重點實驗室是國際上第一個以先進太空制造技術(shù)為研究主題的實驗室，繼2016年牽頭開展我國首次“太空3D打印”技術(shù)實驗后，歷經(jīng)兩年多的研究和準備，自主研發(fā)了本次任務所用的納米級類固態(tài)陶瓷膏體材料、3D打印陶瓷耐高溫模具以及兩套試驗裝備，為我國空間站、在軌服務及深空探索等任務中實現(xiàn)多種材料的高精度制造奠定了必要技術(shù)基礎。
展開 
新思科技解決方案支持NASA“阿爾忒彌斯計劃”，助力航天服分析與通信系統(tǒng)開發(fā)
Ansys HFSS可對月球著陸器上天線的性能進行仿真
新思科技與EMA公司的聯(lián)合工作，旨在降低艙外活動（EVA）系統(tǒng)（尤其是航天服）面臨的風險，這些風險主要來自月壤（月球風化層）相互作用產(chǎn)生的摩擦起電，以及空間等離子體環(huán)境引發(fā)的電荷積累和靜電放電（ESD）。靜電放電（ESD）事件可能會損壞通信和生命保障所需的任務關(guān)鍵電子設備，因此，分析復雜、多層結(jié)構(gòu)的“阿爾忒彌斯”航天服在月球上能承受的電荷積累水平，是保障其在月面長期運行的關(guān)鍵。
根據(jù)既定方案，新思科技與EMA將使用電磁充放電仿真工具Ansys Charge Plus?，開發(fā)并應用基于物理的分析流程，評估在相關(guān)月球等離子體環(huán)境下，航天服材料、多層堆疊結(jié)構(gòu)以及典型的航天服特征的表現(xiàn)。Charge Plus是目前市面上唯一一款能夠全三維計算此類空間充放電問題的商用軟件，其優(yōu)勢在于能夠?qū)碗s多材料系統(tǒng)中，等離子體相互作用、表面充電、電荷傳輸及ESD的耦合物理過程進行建模分析。
這些仿真工作，與EMA在馬薩諸塞州皮茲菲爾德的空間環(huán)境與輻射效應（SERE）實驗室開展的測試和驗證工作結(jié)合；該實驗室是少數(shù)能夠在地面復現(xiàn)空間等離子體環(huán)境關(guān)鍵特征的設施之一。這種“仿真+測試”的集成工作流程，使團隊能夠識別電荷積累的主導因素、評估設計權(quán)衡，并將驗證工作聚焦于對宇航員安全和任務成功最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
EMA公司首席技術(shù)官Justin McKennon表示： “我們很榮幸能夠支持NASA約翰遜航天中心推進 ‘阿爾忒彌斯’的艙外活動準備工作。將測試數(shù)據(jù)與仿真工作流程相結(jié)合，有助于我們識別最惡劣的電荷積累工況、評估材料堆疊方案，并將驗證工作精準聚焦于最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。”
展開 嫦娥奔月究竟"奔的啥"？僅氦3就能發(fā)電1萬年
龐之浩介紹道，據(jù)保守估計，月壤中有100萬噸氦3，用它發(fā)電可以滿足地球1萬年的能源需求。
俄羅斯的一項估算則顯示，1噸氦3的價值約為100億美元，用飛船從月球運回1噸氦3的總費用為2000萬到4000萬美元，開發(fā)月球氦3有利可圖。
此外，龐之浩說，月球上蘊藏著大量的自然資源，已知有100多種礦物，其中5種是地球上沒有的。“月球上有豐富的鈦、鐵、鈾、釷、稀土、鎂、磷、硅、鈉、鉀、鎳、鉻、錳等礦產(chǎn)，僅月海玄武巖中就含有至少100萬億噸可開采利用的鈦金屬。”
與此同時，因為月球表面幾乎沒有大氣，太陽輻射可以長驅(qū)直入，每年到達月球范圍內(nèi)的太陽光輻射能量大約為12萬億千瓦，太陽能的能量密度為1.353千瓦/平方米，“在月面可以建造高效率的太陽能發(fā)電站。”龐之浩認為，在月球上建核電站也有優(yōu)勢，因為在那里不用擔心核泄漏等。
展開 月球車最強SUV: “玉兔二號”六輪全驅(qū)越野
通過這種寬度來提供一定的承壓能力，再有一些小的細的月壤通過網(wǎng)漏過去了，可以減重。
經(jīng)過這樣精心的設計，嫦娥四號月球車在月球背面擁有了20度爬坡，20厘米越障的能力。當然，它的速度并不快，根據(jù)設計，月球車每小時最多只能走200米，相當于一個成年人在60秒里只走了4步。
“玉兔二號”與“玉兔號”有啥不一樣
玉兔二號月球車原本是嫦娥三號“玉兔號”月球車的備份，所以兩者看起來很相似，但其實玉兔二號從軟、硬件的配置上都進行了升級換代。
眼前的月球車與玉兔號相比，少了前面的機械臂。原本玉兔號的機械臂上安裝了一個X射線探測器，用來近距離獲取月表主要元素的含量和分布等信息。此次嫦娥四號的科學目標不同，就不再需要“手上”的精細活了。
航天科技集團五院“嫦娥四號”巡視器主任設計師 申振榮：根據(jù)科學目標取消了X射線探測器，然后換了一個，頭部有一個國際載荷是中性原子探測儀，是中國和瑞典合作的一個載荷。像紅外光譜儀，還有壓在里頭的全景相機，以及這個是測月雷達，這都是跟3號一樣。
攜帶這些裝備，月球車就可以在一定范圍內(nèi)對月球表面結(jié)構(gòu)和成分，以及月面以下的情況進行探測。而在外觀上還可以看到，嫦娥四號月球車的電纜綁扎得更加精細，在外面幾乎看不到裸露出來的電線。
航天科技集團五院“嫦娥四號”巡視器主任設計師 申振榮：因為電纜，在月球環(huán)境下，它可能會跟突出的巖石有些剮蹭，那么這個電纜有可能出現(xiàn)短路。所以（嫦娥）4號的時候就把這個電纜重新綁扎完以后，做了一些擺動實驗，這些可靠性壽命實驗來確定電纜。
除了外觀和硬件上的改進，嫦娥四號月球車在軟件上也進行了一次系統(tǒng)升級，從而更好地應對各種突發(fā)狀況。
展開 100多個人類探測器都未曾到過月球“背面”？為什么中國能做到
要突破這些技術(shù)難點，我國航天界不得不為此完成3個國際首次：首次月球背面軟著陸和巡視探測、首次月球拉格朗日L2點中繼與探測、首次月基低頻射電天文觀測，以及國內(nèi)首次實測月夜期間淺層月壤溫度。
“這一重大科學創(chuàng)新工程的實施，將推動航天技術(shù)和其他科學領域相關(guān)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。”劉繼忠說，從表面上看，在月球背面和正面著陸在“落月”本質(zhì)上沒有區(qū)別，實際上，實現(xiàn)在月球背面軟著陸和巡視探測，是工程技術(shù)和空間科學的雙重跨越和創(chuàng)新。
根據(jù)計劃，嫦娥四號將會降落到90%的面積都分布在月球背面的艾肯盆地上。
月球分為三大地體，即克里普巖地體、斜長高地巖地體、艾肯盆地地體，其中前兩個地體美國、蘇聯(lián)都曾著陸和探測過，只有艾肯盆地地體沒有近距離探測過。鄒永廖說：“這里可謂一塊‘處女地’，在科學上會有很多新的發(fā)現(xiàn)。”
他進一步解釋，艾肯盆地是目前發(fā)現(xiàn)的太陽系固體天體中最大最深的盆地，直徑大概2500公里，深度約12公里，對其進行探測可以獲取月球深部物質(zhì)的信息。
更讓他感興趣的是，艾肯盆地被科學界認為是39億年前撞擊形成的，但按照常規(guī)理論，撞擊密度、頻度、強度越大，形成時間應該越早，“為什么這個峰值出現(xiàn)在39億年而不是更早？”
吳偉仁說，一般認為，這個盆地有可能是當時宇宙大爆炸或者后來小天體撞擊形成的，隱含著宇宙最早的一些信息，“在此地探測，有助于我們獲取月球深部物質(zhì)的信息”。
然而，由于目前還沒有宇航員或月球車登上月球的背面，人類對它的詳細情況除了借助照片判斷，其他知之不多。
正在飛向月球的嫦娥四號，將為人類揭開月球背面的神秘面紗邁出了關(guān)鍵一步。鄒永廖很期待，或許，嫦娥四號到艾肯盆地開展精細探測，就可以打開“39億年撞擊峰值”這個科學之謎。
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