基于月面着陆器下降级的月面建筑物编织建造方法与系统

技术领域

本发明属于月球空间基地建设领域，更具体地，涉及一种基于月面着陆器下降级的月面建筑物编织建造方法与系统。

背景技术

随着航天事业和宇宙探索的不断发展，世界各国一直进行着地外行星的研究和探索。月球作为地球唯一的天然卫星，也是离地球最近的天体，对其进行探索和资源开发利用具有重要的战略意义。其中如何在月球上建造前哨站以及栖息地一直是探月活动的研究重点，是人类能够在月球长期生存和进行科学探索试验的基本保障。由于月面的恶劣环境以及地月之间的运输成本和技术问题，如何在月球上建立一个月面建筑，同时能够最大程度地降低运输和建造成本是当前的研究难点之一，目前月球前哨站的方案普遍采用的是地球运输部分材料，月球原位资源利用为主的建造方案。

在登月活动的任务中，着陆器在相关任务中发挥了至关重要的作用。虽然绝大部分的着陆器的下降级在降落到月球后仍会执行相应的定点探测任务，但是在完成相应的任务后就会成为“月球垃圾”的一部分，这无疑是对宝贵的物质资源和运输资源的浪费。

因此，本发明希望同时解决上面的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于月面着陆器下降级的月面建筑物编织建造方法与系统，其目的在于同时解决降低月面建筑物的运输和建造成本以及下降级废弃导致的资源浪费的技术问题，克服月面环境、月面资源条件和太空运输条件的限制。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于月面着陆器下降级的月面建筑物编织建造方法，在着陆器下降级上缠绕月壤基纤维形成月面建筑物。

按照本发明的另一方面，提供了一种所述着陆器下降级的骨架为伸缩结构，当所述着陆器下降级的骨架伸展至预定大小之后，再缠绕月壤基纤维。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于月面着陆器下降级的月面建筑物编织建造系统，包括：动力控制子系统、月壤采集子系统、月壤加热熔融子系统、月壤基纤维拉丝子系统、纤维编织子系统和建造子系统；

所述动力控制子系统为太阳能驱动，用于为月面建筑物编织建造系统提供动力；

所述月壤采集子系统用于采集和筛分月壤并输送至所述月壤加热熔融子系统；

所述月壤加热熔融子系统用于加热熔融筛分得到的所需粒径的月壤并输送至所述月壤基纤维拉丝子系统；

所述月壤基纤维拉丝子系统用于将熔融的月壤拉丝获得月壤基纤维；

所述纤维编织子系统用于牵扯月壤基纤维在着陆器下降级的骨架上的进行编织和缠绕形成编织外壳；

所述建造子系统用于在编制外壳上覆盖膜结构。

进一步地，所述月壤采集子系统包括月壤钻取装置、月壤传送装置、月壤粉碎器、滤网、月壤储料箱、废壤箱；月壤钻取装置采集月壤并通过月壤传送装置运输，运输过程中利用滤网分选出所需粒径的月壤输送到月壤加热熔融系统；剩余月壤送入月壤储料箱中经过振动粉碎器加工得到所需粒径的月壤然后输送到月壤加热熔融子系统，剩余的月壤残渣输送进废壤箱中；

所述月壤加热熔融子系统包括高温熔料炉、加热装置、物料输送泵；加热装置对高温熔料炉中的月壤进行加热熔融；熔融状态的月壤经过物料输送泵运输至月壤基纤维拉丝子系统；

所述月壤基纤维拉丝子系统包括拉丝漏板、冷却装置、集线器、拉丝机；熔融的月壤从拉丝漏板中流出完成拉丝，冷却装置用于将完成拉丝的熔融状态月壤进行冷却得到月壤基细丝；月壤基细丝在集线器和拉丝机的作用下进行缠绕形成月壤基连续纤维；

所述纤维编织子系统机械臂和编织部件；机械臂将月壤基纤维从月壤基纤维拉丝子系统中抽出、牵扯，并沿着既定的编织轨迹进行移动，机械臂上的编织部件牵扯月壤基纤维沿着着陆器下降级结构不断进行移动、编织和缠绕形成具有月壤基纤维编织外壳的着陆器下降级；

包括移动机器人、预制出入口舱体、预制膜结构和建造机器人；移动机器人用于将预制膜结构覆盖在编织外壳和预制出入口舱体上；预制出入口舱体连接具有月壤基纤维编织外壳的着陆器下降级形成出入口；

建造机器人用于采集月壤，并沿着着陆器下降级四周由下及上逐层覆盖和压实月壤。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于月面着陆器下降级的月面建筑物编织建造方法，包括如下步骤：

骨架调整步骤：着陆器下降级在降落到月球表面后，按照预设程序改变结构形式，形成稳定的、具有预定空间大小的骨架结构；

月壤基纤维制备步骤：采集月壤并进行筛选得到所需粒径的月壤，然后加热使月壤完全熔融以实现各个组分的均质化；将熔融状态的月壤拉丝获得月壤基纤维；

月壤基纤维编织步骤：将制备好的月壤基编织缠绕在着陆器下降级上，完成着陆器下降级的月壤基纤维外壳的编织；

预制膜覆盖步骤：着陆器下降级的月壤基纤维外壳编织完成后，将预制的膜结构覆盖在编织外壳上，使膜结构张拉、收紧，并贴合在编织外壳上，最后将膜结构固定在着陆器下降级四周；

覆盖压实月壤步骤：预制膜结构覆盖完成后，沿着着陆器下降级四周由下及上逐层覆盖和压实月壤，最终完成月面建筑物的建造。

进一步地，所述的着陆器下降级采用桁架式结构的下降级，包括可展开的主桁架、水平杆系、纵向杆系、着陆垫以及缓冲装置，且着陆器下降级的主桁架和部分水平杆系上设有有锚点，作为编织月壤基纤维的节点。

进一步地，月面着陆器下降级的重构方式具体为：着陆器下降级完成分离后，主桁架的四根主支柱开始进行抬升动作，四根主支柱上升至设定的高度后完成固定，待着陆器下降级处于稳定状态后，连接在主支柱上的横杆沿着主支柱下降到设计的位置并固定，从而完成整个着陆器下降级的重构过程。

进一步地，还包括预制出入口舱体，其特征在于，预制出入口舱体在地球车间加工制造完成或在月球加工制造完成，预制出入口舱体上设计有锚点，作为编织月壤基纤维的节点；预制出入口舱体上的锚点与着陆器下降级上的锚点通过月壤基纤维或月壤基纤维细丝连接。

进一步地，月壤基纤维沿着下降级结构和所述的预制出入口舱体上的锚点两两之间不断进行编织、缠绕和绑扎，分别编织经、纬纱带，由此交错形成互锁的编织外壳结构。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明所述的月球建筑的骨架为登月着陆器下降级，编织材料为月壤基纤维，最外层的覆盖材料为月壤，极大地利用了月面原位资源，克服了地月运输建造材料的问题，降低了运输成本。对“遗弃”的着陆器下降级进行回收利用，并结合月球上现有的材料进行月面建筑物的建造，作为探月机器人和宇航员的庇护所和临时补给站具有重要的实际意义。

2、本发明仅需对着陆器下降级进行简单的伸缩改造，即可根据实际需求改变最终形成的掩体大小，施工简单且适应性强。

3、本发明提出的月面建筑物编织建造系统能够自动化地完成月壤采集、熔融拉丝、编织造壳、膜结构铺设和月壤铺设压实工作，能够利用月面原位资源和着陆器下降级进行月面建筑的自动高效建造，克服了地月运输建造材料的问题，降低了运输成本和建造成本。

附图说明

图1为着陆器下降级重构过程示意图；

图2为本发明实例中着陆器下降级骨架的结构示意图；

图3为本发明实例中着陆器下降级骨架上的锚点示意图；

图4为本发明实例中可移动机器人的结构示意图；

图5为具有月壤基纤维编织外壳和预制舱体的着陆器下降级示意图；

图6为覆盖膜结构后的着陆器下降级；

图7为在着陆器下降级上覆盖和压实月壤的示意图；

图8为最终的效果示意图；

图9为月壤基纤维编织过程示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-月壤钻取装置；2-月壤传送装置；3-月壤粉碎器；4-滤网；5-月壤储料箱；6-废壤箱；7-阀门；8、12-温度传感器；9-高温熔料炉；10-加热装置；11-物料输入泵；13-拉丝漏板；14-冷却装置；15-集线器；16-拉丝机；17-机械臂；18-编织部件；19-太阳能板；20-履带；21-纵向杆系；22-水平杆系；23-主支柱；24-横杆；25-着陆垫；26-锚点。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参见图1，基于月面着陆器下降级的月面建筑物编织建造方法与系统，主要包括动力控制子系统、月壤采集子系统、月壤加热熔融子系统、月壤基纤维拉丝子系统、纤维编织子系统和建造子系统。所述动力控制子系统包括太阳能板(19)、履带(20)；所述月壤采集子系统包括月壤钻取装置(1)、月壤传送装置(2)、月壤粉碎器(3)、滤网(4)、月壤储料箱(5)、废壤箱(6)、阀门(7)；所述月壤加热熔融子系统包括温度传感器(8)、高温熔料炉(9)、加热装置(10)、物料输送泵(11)；所述月壤基纤维拉丝子系统包括温度传感器(12)、拉丝漏板(13)、冷却装置(14)、集线器(15)、拉丝机(16)；所述纤维编织子系统包括机械臂(17)、编织部件(18)；

所述月面着陆器下降级在降落到月球表面后，其结构形式会根据程序指令发生改变着陆器先后自动完成伸缩、扩宽和抬升动作，最后形成一个稳定的、具有较大空间的骨架结构。

重构方式具体为如图1所述，着陆器在降落到月球表面后(图1的(a))，四根主支柱开始进行抬升动作(图1的(b))，所述主支柱具有可压缩和伸长的特性，可按照程序指令伸长或收缩一定的长度。四根主支柱上升至设定的高度后完成固定，待着陆器下降级处于较为稳定的状态后，连接在主支柱上的横杆沿着主支柱下降到设计的位置并固定(图1的(c))，从而完成整个着陆器下降级的重构过程，整个重构过程示意图如图1的(d)所示；

如图2所述，形成的骨架结构包括纵向杆系(21)、水平杆系(22)、主支柱(23)、横杆(24)、着陆垫(25)，且着陆器下降级的部分构件上附带有锚点(26)，作为编织的节点。锚点的大样图如图3所述。

基于月面着陆器下降级的月面建筑物编织建造方法与系统，工作步骤如下：

如图4，首先开启月壤采集子系统中的月壤钻取装置(1)，将采集到的月壤通过月壤传送装置(2)运输到月壤储料箱(5)，运输过程中利用滤网(4)分选出合适的月壤输送到月壤加热熔融系统。月壤储料箱中的振动粉碎器(3)将筛选剩下的月壤材料进行加工，并将加工后的月壤输送到月壤加热熔融系统，剩余的月壤残渣会输送进废壤箱(6)中排出。

其次，将月壤储料箱(5)中经过筛分和加工的月壤通过阀门(7)控制输送到月壤加热熔融子系统后，月壤加热熔融子系统对高温熔料炉(9)进行加热，并使用温度传感器(8)来持续监测高温熔料炉中的温度，直至温度达到月壤的熔点，使月壤完全熔融形成熔融状态的月壤，并实现月壤中各个组分的均质化。

接着，将熔融状态的月壤经过物料输送泵(11)运输至月壤基纤维拉丝子系统，同时利用温度传感器(12)对月壤基纤维拉丝子系统中的温度进行监测，使其能够较长时间保持月壤为熔融状态，待熔融的月壤从拉丝漏板(13)中流出完成拉丝，并用冷却装置(14)将完成拉丝的熔融状态月壤进行冷却，随后将多条月壤基细丝在集线器(15)和拉丝机(16)的作用下进行缠绕，以形成具有较高强度的月壤基连续纤维；

接着，将制备好的月壤基连续纤维输送至纤维编织子系统，纤维编织子系统中的机械臂(17)将月壤基纤维从月壤基纤维拉丝子系统中抽出、牵扯，并沿着既定的编织轨迹进行移动，机械臂上的编织部件(18)会牵扯月壤基纤维沿着下降级结构和预制出入口舱体上的锚点(26)两两之间不断进行移动、编织和缠绕，分别在着陆器下降级骨架上编织经、纬纱带，由此交错形成互锁的编织外壳结构，逐渐形成具有月壤基纤维编织外壳的着陆器下降级，如图5所示。

然后，在着陆器下降级的编织外壳完成后，移动机器人将预制的膜结构覆盖在编织外壳和预制出入口舱体上，多台移动机器人不断调整膜结构的位置，使膜结构张拉、收紧，并贴合在编织外壳上，最后将其固定在着陆器下降级四周，如图6所示；

最后，参见图7，由建造机器人采集月壤，并沿着着陆器下降级四周由下及上逐层覆盖和压实月壤，最终完成月面建筑物的建造，如图8所示。

本发明中所述的材料和装置大部分来自月球表面，原位建造并以太阳能为系统提供能源，具有可持续工作的能力，降低了运输和建造成本。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。