一种辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置及方法与流程
本发明涉及月面资源开发利用领域，特别涉及一种辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置及方法。
背景技术：
1、关于月球资源勘探以及太空资源探测的研究愈演愈烈，甚至成为大国之间互相竞争的科技之战。未来的十五年内，月球资源勘查一定会成为开发利用太空资源的黄金时期。月球资源的开发利用是未来基地建设以及人类移民太空的发展前提和基础，因此，对月球资源勘查是迫在眉睫。目前，己有的对月观测技术，包括地基观测以及轨道遥感探测，我们都只能以数据的形式去研究月球，完成了250万的全月球数字地质图，但遇到月球资源的实地分析时，还是必须要“亲自”到达月球，才能根据勘查的经验更快剖析出最佳的开采方案。
2、为了更全面迅速的分析月球资源分布，需要对月球各处的资源进行实地考察。然而月球表面具有发射成本昂贵、维护不方便、环境苛刻等特点，应用于该月表的资源勘探器需要具备长期免维护、智能运行、小体积、集成化高等特点。现有月表的资源勘探器往往搭载于月球车上，系统复杂，可探测区域有限，难以实现月面资源大规模开发。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，以解决月球资源难以实地考察的问题，可以实现月面资源原位探测与后期资源开发定位导航功能。本发明提出的一种辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，系统集成度高，便于携带布置，单次发射任务可携带多个辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，可月面大规模部署，同时对月表多个区域展开资源探测，且工作不受阴影期限制。
2、本发明的技术方案是：
3、一种辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，其特征在于，其包括信号收发天线1、钻头2、深空密封结构3、资源勘探器5、辐伏电池6、电机驱动模块7、智能控制器8、固定装置9、长寿命锂电池10以及配重11，所述辐伏电池6通过辐射伏特效应和/或辐光伏效应将放射性同位素的辐射能转换为电能，为长寿命锂电池10充电，
4、所述钻头2为长杆形状，所述信号收发天线1位于钻头2的尾部，深空密封结构3设置在钻头2的头部一侧，并且钻头2从深空密封结构3的中心穿过，钻头2在深空密封结构3的靠近头部的一侧设置配重11，资源勘探器5、辐伏电池6、电机驱动模块7、智能控制器8、长寿命锂电池10均设置在深空密封结构3内部且实现密封，
5、所述信号收发天线1、钻头2、资源勘探器5、辐伏电池6、电机驱动模块7、智能控制器8、长寿命锂电池10之间通过线缆连接，智能控制器8控制辐伏电池6的能量收集、长寿命锂电池10的充放电、以及信号收发天线1、钻头2、资源勘探器5、电机驱动模块7的开关。
6、进一步的是，所述信号收发天线1形状为箭矢的尾翼状。
7、进一步的是，所述钻头2为耐腐蚀的硬质合金，将月面原位资源勘探器5固定处的深层月壤12提取至资源勘探器5进行分析，并标记所分析月壤12的大概深度，所述资源勘探器5为低功耗的土壤成分检测仪，对钻头2提取出来的深处月壤12的成分进行分析。
8、进一步的是，所述深空密封结构3为抗电子辐照的金属或合金制备的密封腔体，所述深空密封结构3内部进一步设置有保温和/或减震功能层4。
9、进一步的是，所述辐伏电池6为选自基于辐射伏特效应、辐光伏效应的同位素电池中的一种或几种，所述辐伏电池6采取抗辐照屏蔽措施。
10、进一步的是，所述智能控制器8包括微能量采集器、信号检测单元、充电管理单元、放电管理控制器及升压变换器，微能量采集器用于收集辐伏电池6输出的电能；信号检测单元对辐伏电池6电池和长寿命锂电池10的电流、电压的信号进行实时监测，以判断系统工作模式；放电管理控制器根据信号检测单元的信号控制系统工作于待机模式或者工作模式；升压变换器根据后端负载需求，将供电母线变换为电机驱动模块7供电。
11、进一步的是，深空密封结构3内部还包括可驱动伸出深空密封结构3的固定装置9，工作时，固定装置9从深空密封结构3侧壁上预留孔探出，用于固定装置。
12、进一步的是，所述长寿命锂电池10通过负极活性锂调控，将外部锂源预先储存于负极令负极锂过量，实现负极补锂，保障其寿命≥10年。
13、进一步的是，所述配重11位于装置头部，其材料为高密度金属或合金，形状为尖锐的圆锥，调控装置的重心，确保装置可以插入月壤12。
14、本发明还提供了使用上述辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置的月面资源勘探方法，其特征在于，包括下述步骤：隔空投放装置，采用自由落体的形式插入月壤12之中；智能控制器8控制长寿命锂电池10先为电机驱动模块7供能，将固定装置9驱动沿着深空密封结构3上的预留孔洞向外延伸，插入月壤12中，从而将装置固定在落体位置；固定装置9延伸到位后，智能控制器8控制长寿命锂电池10为信号收发天线1供能，与地面控制基地取得联系，获取装置在月球表面的位置信息；随后，智能控制器8控制长寿命锂电池10为钻头2和资源勘探器5供能，对该位置的月面区域资源进行挖掘以及成分分析，并且智能控制器8控制长寿命锂电池10每隔2个月为信号收发天线1供能，向地面控制基地发送资源勘探信息，当长寿命锂电池10电能耗尽时，装置进入待机模式，智能控制器8控制辐伏电池6为长寿命锂电池10的充电，直至长寿命锂电池10电能充满。
15、本发明与现有技术相比带来的有益效果为：
16、(1)本发明通过辐伏电池提供能量，可确保月面原位资源勘探器在月面上工作时不受阴影期影响。
17、(2)本发明通过智能控制器控制月面原位资源勘探器的多种载荷智能运行，一方面，有效收集并利用辐伏电池微弱的电能为长寿命锂电池充电，另一方面，系统集成度高，降低了系统的体积与重量，便于携带布置，有助于实现月面大规模部署。
18、(3)本发明提供的月面原位资源勘探器具备信号收发功能，勘探完成后该装置可留在原位作为月面信标，为后续月球资源开发利用和月面基地建设奠定基础。
技术特征：
1.一种辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，其特征在于，其包括信号收发天线(1)、钻头(2)、深空密封结构(3)、资源勘探器(5)、辐伏电池(6)、电机驱动模块(7)、智能控制器(8)、固定装置(9)、长寿命锂电池(10)以及配重(11)，所述辐伏电池(6)通过辐射伏特效应和/或辐光伏效应将放射性同位素的辐射能转换为电能，为长寿命锂电池(10)充电，
2.根据权利要求1所述的辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，其特征在于，所述信号收发天线(1)形状为箭矢的尾翼状。
3.根据权利要求1所述的辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，其特征在于，所述钻头(2)为耐腐蚀的硬质合金，将月面原位资源勘探器(5)固定处的深层月壤(12)提取至资源勘探器(5)进行分析，并标记所分析月壤(12)的大概深度，所述资源勘探器(5)为低功耗的土壤成分检测仪，对钻头(2)提取出来的深处月壤(12)的成分进行分析。
4.根据权利要求1所述的辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，其特征在于，所述深空密封结构(3)为抗电子辐照的金属或合金制备的密封腔体，所述深空密封结构(3)内部进一步设置有保温和/或减震功能层(4)。
5.根据权利要求1所述的辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，其特征在于，所述辐伏电池(6)为选自基于辐射伏特效应、辐光伏效应的同位素电池中的一种或几种，所述辐伏电池(6)采取抗辐照屏蔽措施。
6.根据权利要求1所述的辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，其特征在于，所述智能控制器(8)包括微能量采集器、信号检测单元、充电管理单元、放电管理控制器及升压变换器，微能量采集器用于收集辐伏电池(6)输出的电能；信号检测单元对辐伏电池(6)电池和长寿命锂电池(10)的电流、电压的信号进行实时监测，以判断系统工作模式；放电管理控制器根据信号检测单元的信号控制系统工作于待机模式或者工作模式；升压变换器根据后端负载需求，将供电母线变换为电机驱动模块(7)供电。
7.根据权利要求1所述的辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，其特征在于，深空密封结构(3)内部还包括可驱动伸出深空密封结构(3)的固定装置(9)，工作时，固定装置(9)从深空密封结构(3)侧壁上预留孔探出，用于固定装置。
8.根据权利要求1所述的辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，其特征在于，所述长寿命锂电池(10)通过负极活性锂调控，将外部锂源预先储存于负极令负极锂过量，实现负极补锂，保障其寿命≥10年。
9.根据权利要求1所述的辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置，其特征在于，所述配重(11)位于装置头部，其材料为高密度金属或合金，形状为尖锐的圆锥，调控装置的重心，确保装置可以插入月壤(12)。
10.一种使用权利要求1～9中任一项所述的辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置的月面资源勘探方法，其特征在于，包括下述步骤：隔空投放装置，采用自由落体的形式插入月壤12之中；智能控制器8控制长寿命锂电池10先为电机驱动模块7供能，将固定装置9驱动沿着深空密封结构3上的预留孔洞向外延伸，插入月壤12中，从而将装置固定在落体位置；固定装置9延伸到位后，智能控制器8控制长寿命锂电池10为信号收发天线1供能，与地面控制基地取得联系，获取装置在月球表面的位置信息；随后，智能控制器8控制长寿命锂电池10为钻头2和资源勘探器5供能，对该位置的月面区域资源进行挖掘以及成分分析，并且智能控制器8控制长寿命锂电池10每隔2个月为信号收发天线1供能，向地面控制基地发送资源勘探信息，当长寿命锂电池10电能耗尽时，装置进入待机模式，智能控制器8控制辐伏电池6为长寿命锂电池10的充电，直至长寿命锂电池10电能充满。
技术总结
本发明提供了一种辐伏电池供能的月面原位资源勘探装置及方法。该装置特征在于，其包括信号收发天线(1)、钻头(2)、深空密封结构(3)、资源勘探器(5)、辐伏电池(6)、电机驱动模块(7)、智能控制器(8)、固定装置(9)、长寿命锂电池(10)以及配重(11)，所述辐伏电池(6)为长寿命锂电池(10)充电，智能控制器(8)控制辐伏电池(6)的能量收集、长寿命锂电池(10)的充放电、以及信号收发天线(1)、钻头(2)、资源勘探器(5)、电机驱动模块(7)的开关。本发明可确保不受阴影期影响，集成度高便于携带布置，有助于实现月面大规模部署，还可以为后续月球资源开发利用和月面基地建设奠定基础。
技术研发人员：刘洋,吴春瑜,杨帅飞,李阳,杨慧,刘世超,杨华
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5