月球探测对象专利分析

黄达飞

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心      江苏 苏州 215000

摘要：

月球探测是人类进行太阳系探索的开端，大大提升了人类对月球、地月空间和太阳系的认识，探测对象对于月球探测起着至关重要的因素。本文对月球探测对象专利技术进行分析。

关键词：

月球，探测，对象，着陆

前言

月球资源是地球资源的重要补充，对人类社会的可持续发展具有深远影响。广义的月球资源包括位置资源、环境资源和物质资源。位置资源是指月球相对于地球独特的位置和运行规律。环境资源是指月球独特的高真空、低重力、弱磁场、大温差、高辐射等环境特点。物质资源主要包括矿产资源、能源资源和可再生资源。其中物质资源是登月探测器可以采样的对象，其包括月壤、岩石、水冰和气体等。基于目前的采样技术，将采样的对象分解为月壤采样、岩石采样、水冰采样和气体采样。

一、 月球探测对象专利分析

　月球表面覆盖着一层松散层，由岩石碎块、角砾状岩块、砂和尘土组成，称为月壤。国内外月壤采样器的形式，主要分为钻取式采样器、抓铲式采样器、仿生式采样器和复合式采样器。

钻取式采样器为最常见的采样器形式， CN102331357A示出了一种采收一体螺旋连续自容式采集器，采用螺旋式下钻的方式同钻机的原理，方便下钻。CN101694424A示出了一种月球月壤浅层钻孔取心方法，该专利采用钻头中心钻孔，随着钻头钻进深入，使被钻动的干燥松散的岩心由钻头外围的取心套管加以收集的取心方法。CN210479070U示出了一种月面无人月壤采集车，通过挖斗在有限空间内具有足够多的挖土位置，保证采集车在同一位置挖土效率最大化。CN103170987A示出了一种星球表面机械臂采样装置，其通过机械臂带动铲斗运动从而实现月壤的采样。CN102169060A示出了一种仿生花瓣形取样器，借用了花朵开合的原理，利用花瓣形取样爪闭合时各个取样爪的夹铲力，将样品夹铲起来收集到6个花瓣形取样爪闭合形成的腔体中。复合式采样器运用多种采样手段相结合的方式进行采样，容易达到采样量、保持样品层理信息、采样深度等要求，是一种多功能采样器。CN104034557A示出了一种用于小行星探测的钻取抓铲式复合采样器装置及其使用方法，包括进给机构、钻取机构、抓铲机构和安装板，安装在着陆器上采样机械臂的末端，既可采集深层土壤样品，还可以对坚硬的岩石进行采样。CN106198100A示出了一种多关节月球表面物质探测机器人，其通过钻取和机械手的方式实现月壤的采集。

图1 月壤采样技术发展路线

岩石作为月球内较为坚固的部分，通常需要挖掘深度较大，CN104149993A示出了一种仿生蠕动掘进式行星探测潜入器，包括主掘进单元、副掘进单元、进给单元、主定姿单元和副定姿单元。CN110132634A示出了一种面向星球采样的动能侵彻穿透采样器，包括采样撞击段、弹体、样品弹射系统及遮挡端盖，弹体为中空结构，采样撞击段和遮挡端盖分别设置于弹体的前后端，样品弹射系统设置于所述弹体内，用于收集星球表面样品，通过采样撞击段撞击星球表面，依靠进入弹体内采样通道的样品流的压力使样品弹射系统突破遮挡端盖，被挤压出弹体，使其弹射到地面上。

CN104149993ACN110132634A

图2岩石采样技术发展路线

月球水以气态水和固态水存在，没有地球上的液态水形式，针对月球极区永久阴影坑深层水冰采样探测而言，因任务期间无法获取太阳能补充，探测器可利用能源极其有限，对采样功耗、采样时间等提出极高要求；同时考虑水冰赋存形式对温度敏高，故对采样过程中的温升要求极为严苛。CN 112504726A示出了一种月球极区深层水冰采样探测装置，其包括机械臂、探测弹及采样组件构成，能够对以月球极区深层水冰采样为代表的地外天体进行低能耗、小反力、低热扰动快速采集及原位探测。CN111076966A示出了一种用于月壤水分提取的一体化取样机构及月壤水分提取方法，对含水月壤进行高效取样和输送，并将其中的水分进行蒸发以供提取和利用的取样加热一体化机构；该机构在使用钻杆的外螺旋将钻头破碎所得到的含水月壤碎屑向上输送的同时，同步加热月壤并使其中的水分汽化，水蒸气可以被收集起来。

CN112504726ACN111076966A

图3水冰采样技术发展路线

月壤中原位稀有气体的提取装置会有助于实现月球资源的就位提取和利用。CN108226270A示出了一种月球样品稀有气体收集和成分分析装置及方法，将月球样品密封室固定在真空容器中，通过月球样品密封室使得月球样品尽可能少受地球上生命活动、水、氧化等因素的影响，保持样品的原始状态；直接在真空样品室中通过盖体解封机构实现月球样品密封室的解封，利用真空容器对月球样品稀有气体进行收集和分析。CN108801712A示出了一种月球原位稀有气体提取系统及方法，通过月壤样品经所述熔融装置加热释放其中的气体，释放出来的气体在第一涡轮分子泵的作用下聚集到所述第一气罐中；在低温下，释放出来的气体中高熔沸点的活性气体被液化，而释放出来的气体中的稀有气体熔沸点较低，仍保持在气体状态，此时游离的活性气体在所述第二涡轮分子泵的作用下聚集在第二气罐中，从而完成稀有气体的收集。

           

CN108226270A              CN108801712A

图4 气体采样技术发展路线

二、结语

月球采样的专利申请主要涉及月壤采样，其次是岩石采样，关于水冰采样和气体采样的专利申请较少。月壤采样又以钻取式采样器、抓铲式采样器、仿生式采样器和复合式采样器为主。上述专利技术展示了我国在月球探测采样方式上的各种方式，对以后的航天器采样具有一定意义。

参考文献

[1] 卢波. 世界月球探测的发展回顾与展望. 国际太空[J]. 2019,(01): 12-18.

[2] 裴照宇，等. 月球探测进展与国际月球科研站. 科学通报[J]. 2020,65(24): 2577-2586.