一种月壤原位成形装置及方法

本发明属于月壤原位成形，具体涉及一种月壤原位成形装置及方法。

背景技术：

1、月球是人类向深空探测的一个起点，我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》明确将载人航天和探月工程列入国家重大科技专项，《中国至2050年空间科技发展技术路线图》(2009)明确提出，中国将在2030年前后实现载人登月，建立月球基地。但是建设月球基地所需的大量原材料若从地球运输到月球，运输成本高，运输周期长。而月球具有丰富的资源储备，因此空间原位资源利用(isru)的技术理念应运而生，将采用月壤原位成形技术进行月球基地建设。

2、然而，目前利用isru技术制备的月壤构件存在有裂缝和形体不均匀的情况，且由于月球建造工程比较复杂，通常需要异形件和标准型件配合使用，目前的单个月壤成形装置无法同时制造出两种不同类型的月壤构件，成形效率低下。

技术实现思路

1、针对现有技术的改进需求，本发明提供了一种月壤原位成形装置及方法，能利用月面原位资源和太阳能同时制作出异形构件和标准型构件，并通过微波后处理生产高强、致密、均匀的月面建造基础构件，成功的解决了目前月壤构件成形质量差、效率低的问题。

2、根据本发明的第一个方面，本发明首先提供了一种月壤原位成形装置，包括：

3、水平方向上并排连接的铺粉成形框架和模压烧结框架，所述铺粉成形框架和模压烧结框架中分别安装有铺粉成形系统和模压烧结系统；

4、封闭式微波系统，所述封闭式微波系统用于同时密封包裹所述模压烧结框架和所述铺粉成形框架，以及对所述模压烧结系统或所述铺粉成形系统进行微波后处理；

5、滑轨，所述滑轨位于所述封闭式微波系统上方并通过多个垂直支架与所述封闭式微波系统的多个顶角对应连接；

6、聚光系统，所述聚光系统在水平方向上与所述滑轨滑动连接，所述聚光系统用于向所述铺粉成形系统或模压烧结系统提供光能。

7、根据本发明的一个实施方式，所述聚光系统包括矩形基座，所述矩形基座长度方向上的两边与所述滑轨滑动连接，所述矩形基座的内周面上卡接有光圈调节机构，所述光圈调节机构中心处具有光学透镜，所述光圈调节机构内周面上具有多个朝向所述光学透镜的可伸缩调节板，所述可伸缩调节板贴合于所述光学透镜上表面。

8、根据本发明的一个实施方式，其特征在于，所述光学透镜为菲涅尔透镜。

9、根据本发明的一个实施方式，所述包括铺粉系统包括水平电机、成形基板以及沿所述成形基板表面水平移动的铺粉辊，所述水平电机用于驱动成形基板与铺粉辊之间的相对水平移动。

10、根据本发明的一个实施方式，所述模压烧结系统包括石墨模具和压缩装置，所述石墨模具安装于压缩装置水平两端夹具之间。

11、根据本发明的一个实施方式，所述封闭式微波系统包括可开合顶盖和微波发生器，所述可开合顶盖用于密封所述模压烧结框架和所述铺粉成形框架的顶部水平面，所述微波发生器安装于所述铺粉成形框架和模压烧结框架的连接处。

12、根据本发明的一个实施方式，所述铺粉系统还包括热成像仪，所述模压烧结系统还包括红外测温仪，所述热成像仪用于将检测到的聚光系统聚焦形成光斑处的温度传递至外部控制器，所述红外测温仪用于将检测到的石墨模具的温度传递至所述外部控制器，所述外部控制器用于控制所述可伸缩调节板的开合运动，所述热成像仪和所述红外测温仪分别位于所述铺粉成形框架和模压烧结框架上方的任一垂直支架上。

13、根据本发明的一个实施方式，所述铺粉成形系统还包括位于所述铺粉成形框架外部的月壤预处理装置，所述月壤预处理装置用于向所述成形基板提供月壤粉末。

14、根据本发明的另一个方面，本发明了还提供了一种采用上述成形装置的月壤原位成形方法，包括以下步骤：

15、s1：将原位采集的原位月壤预处理成可烧结或固化的月壤粉末；

16、s2：将所述月壤粉末铺平，使聚光系统移动到铺粉成形系统上方并在铺粉成形系统中形成光斑，所述光斑按照预定的路径对铺平的月壤粉末进行固化，所述固化方式为当光斑温度低于月壤粉末熔化温度时进行选择性烧结固化，当光斑温度高于月壤粉末熔化温度时进行选择性熔融固化；

17、或，将月壤粉末放入模压烧结系统并压实形成肧体，将聚光系统移动到模压烧结系统上方使得模压烧结系统内的月壤粉末加热达到烧结温度以进行烧结；

18、s3：对固化或烧结后的月壤粉末进行微波后处理，得到成形月壤构件。

19、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

20、1、本发明通过移动改变聚光系统的位置，可分别进行选择性烧结融化制作异形构件，或进行模压烧结制作标准型构件，灵活性高，极大的符合了月面建造复杂的实际工程需求，且还包括用于密封模压烧结系统和所述铺粉成形系统的微波处理系统，该微波处理系统对初步烧结的异形构件和标准型构件进行微波后处理后能够使最终制得的构件无裂缝、强度更高、均匀致密性更好。

21、2、本发明的聚光系统采用机械光圈结构与菲涅尔透镜结合的方式进行聚光，可实时改变入射太阳光能量大小以控制成形温度，实现了高成形灵敏度和设备轻量化的完美结合。

技术特征：

1.一种月壤原位成形装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种月壤原位成形装置，其特征在于，所述聚光系统包括矩形基座，所述矩形基座长度方向上的两边与所述滑轨滑动连接，所述矩形基座的内周面上卡接有光圈调节机构，所述光圈调节机构中心处具有光学透镜，所述光圈调节机构内周面上具有多个朝向所述光学透镜的可伸缩调节板，所述可伸缩调节板贴合于所述光学透镜上表面。

3.根据权利要求2所述的一种月壤原位成形装置，其特征在于，所述光学透镜为菲涅尔透镜。

4.根据权利要求1所述的一种月壤原位成形装置，其特征在于，所述包括铺粉系统包括水平电机、成形基板以及沿所述成形基板表面水平移动的铺粉辊，所述水平电机用于驱动成形基板与铺粉辊之间的相对水平移动。

5.根据权利要求1所述的一种月壤原位成形装置，其特征在于，所述模压烧结系统包括石墨模具和压缩装置，所述石墨模具安装于压缩装置水平两端夹具之间。

6.根据权利要求1所述的一种月壤原位成形装置，其特征在于，所述封闭式微波系统包括可开合顶盖和微波发生器，所述可开合顶盖用于密封所述模压烧结框架和所述铺粉成形框架的顶部水平面，所述微波发生器安装于所述铺粉成形框架和模压烧结框架的连接处。

7.根据权利要求1所述的一种月壤原位成形装置，其特征在于，所述铺粉系统还包括热成像仪，所述模压烧结系统还包括红外测温仪，所述热成像仪用于将检测到的聚光系统聚焦形成光斑处的温度传递至外部控制器，所述红外测温仪用于将检测到的石墨模具的温度传递至所述外部控制器，所述外部控制器用于控制所述可伸缩调节板的开合运动，所述热成像仪和所述红外测温仪分别位于所述铺粉成形框架和模压烧结框架上方的任一垂直支架上。

8.根据权利要求1所述的一种月壤原位成形装置，其特征在于，所述铺粉成形系统还包括位于所述铺粉成形框架外部的月壤预处理装置，所述月壤预处理装置用于向所述成形基板提供月壤粉末。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述月壤原位成形装置的月壤原位成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于月壤原位成形技术领域，具体公开了一种月壤原位成形装置及方法，成形装置包括水平方向上并排连接的铺粉成形框架和模压烧结框架，所述铺粉成形框架和模压烧结框架中分别安装有铺粉成形系统和模压烧结系统；封闭式微波系统，所述封闭式微波系统用于密封所述模压烧结框架和所述铺粉成形框架以及进行微波后处理；滑轨，所述滑轨位于所述封闭式微波系统上方并通过多个垂直支架与所述封闭式微波系统的多个顶角对应连接；聚光系统，所述聚光系统在水平方向上与所述滑轨滑动连接，所述聚光系统用于向所述铺粉成形系统或模压烧结系统提供光能。本发明利用月面原位资源成形月壤，效率高，能耗小，能大幅地降低月球建设的运输成本。技术研发人员：周燕,王泽开,周诚,文世峰,党芬,汪朋霖,李渊受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1