一种月球表面水分子及同位素组成就位测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种月球表面水分子及同位素组成就位测量系统及方法，它涉及在月球永久阴影极区，对月表水冰进行原位的采样提取，采用激光吸收光谱‑质谱联用手段进行就位的水分子含量及同位素组成进行测定的系统和方法。它包括电控单元，分析单元，水冰提取装置，该系统依托在月球探测着陆平台。其步骤包括着陆平台降落在待测区域，仪器开机自检，水冰提取装置加热提取水汽，启动分析仪测量水含量和氢同位素，降温完成本区域分析流程，移动到下一区域，最后完成测量。

A system and method for measuring water molecules and isotopic composition on the moon surface

【技术实现步骤摘要】
一种月球表面水分子及同位素组成就位测量系统及方法
本专利技术涉及一种月球表面水分子及同位素组成就位测量系统及方法。
技术介绍
月球水和挥发分的分布、含量和来源与月球起源、岩浆洋演化等重大问题直接相关。同时月球水也是重要战略资源，为未来月球基地、载人探月活动提供支撑。因此开展月球水冰探测具有重要的科学意义和战略价值。然而，以往国际上月球水冰探测均采用遥感间接技术方案，包括全月球中子谱探测、成像光谱仪、反射率探测等。目前，还没有直接就位进行月球水冰探测及同位素测量，在我国更是首次。
技术实现思路
为了解决以上的技术问题，提供了一种月球表面水分子及同位素组成就位测量系统及方法。该系统包括电控单元，分析单元，水冰提取装置，该系统依托在月球探测着陆平台；水冰提取装置与置于分析单元的反射池的输入端流体连接；反射池的输出端与第一隔离阀的一端流体连接，第一隔离阀的另一端与EI离子源的输入端流体连接；分析单元的输出端与第二隔离阀流体连接。还提供了一种月球表面水分子及同位素组成就位测量方法，步骤为：第一步：着陆平台降落在待测区域，电控单元，分析单元开机自检，水冰提取装置预热；第二步：移动水冰提取装置，利用传动机构插入月壤中；第三步：水冰提取装置加载工作电流，记录加热温度；第四步：启动分析单元，测量水分子含量及氢同位素；第五步：温度达到设定温度后降温，收回水冰提取装置，完成该区域测量。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出以激光吸收光谱-飞行时间质谱联用为技术手段，依托月球探测着陆平台，对月球永久阴影极区的月表水冰进行原位的采样提取，从而原位获得月表水分子含量及同位素组成。系统功耗低、质量轻、灵敏度高符合月球探测载荷需求。附图说明图1：月球表面水分子及同位素组成就位测量系统总体示意图；图2：月球表面水分子及同位素组成就位测量系统内部结构图；图3：月球表面水分子及同位素组成就位测量系统及方法总体流程图。具体实施方式本专利技术的月球表面水分子及同位素组成就位测量系统，包括电控单元1，分析单元2，水冰提取装置3，该系统依托在月球探测着陆平台4；水冰提取装置3与置于分析单元2的反射池2-1的输入端流体连接；反射池2-1的输出端与第一隔离阀2-5的一端流体连接，第一隔离阀2-5的另一端与EI离子源2-6的输入端流体连接；分析单元2的输出端与第二隔离阀2-11流体连接。分析单元2设置有反射池2-1、激光器2-2、温度探头2-3、激光探测器2-4、第一隔离阀2-5、EI离子源2-6、加速区2-7、MCP检测器2-8、飞行区2-9、反射区2-10、第二隔离阀2-11。反射池2-1、激光器2-2、温度探头2-3、激光探测器2-4用于获得激光吸收光谱数据，通信连接并传输到电控单元1。反射池2-1的温度探头2-3与电控单元1电性连接，用于对吸收光谱数据进行校正计算水分子同位素；EI离子源2-6、加速区2-7、MCP检测器2-8、飞行区2-9、反射区2-10用于获得水分子含量信息。对于月球表面水分子及同位素组成就位测量方法，具体测量流程如下：第一步：着陆平台4降落在待测区域，电控单元1，分析单元2开机自检，水冰提取装置3预热；第二步：移动水冰提取装置3，利用传动机构插入月壤中；第三步：水冰提取装置3加载工作电流，记录加热温度；第四步：启动分析单元2，测量水分子含量及氢同位素；第五步：温度达到设定温度后降温，收回水冰提取装置3，完成该区域测量；第六步：判断是否进行下区域测量，移动着陆平台到下一区域或结束测量。具体地，水冰提取装置3提取的水汽进入反射池2-1，通过激光器2-2，激光探测器2-4获得激光吸收光谱数据，传输到电控单元1。反射池2-1的温度探头2-3与电控单元1电性连接，用于对吸收光谱数据进行校正计算水分子同位素，电控单元1输出水分子同位素信息。为实现同位素比的准确测量，需要选择线强更强的中红外基频吸收，选取波长为6756nm，实现该波段出光的激光器为量子级联激光器（QCL）。激光探测器选用相应波段的热电制冷型或无制冷型MCT、InAsSb探测器。飞行时间质谱中，EI离子源2-5电离水汽产生离子，离子依次通过加速区2-7、飞行区2-9、反射区2-10被MCP检测器2-8接收，获得的水分子信号传输到电控单元1，电控单元1输出水分子含量信息。飞行质谱的质量范围为1-100amu，分辨率为100FWHM。为了提高水汽的探测精度，需要提高水汽在腔体内的浓度或压力。在水冰提取装置3的管路处设置有水汽的冷凝富集装置，当水汽达到一定量后关闭水冰提取装置3的进气阀门，然后加热水汽的冷凝富集装置，从而产生较高浓度的水汽。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种月球表面水分子及同位素组成就位测量系统，其特征在于：它包括电控单元（1），分析单元（2），水冰提取装置（3），该系统依托在月球探测着陆平台（4）；水冰提取装置（3）与置于分析单元（2）的反射池（2-1）的输入端流体连接；反射池（2-1）的输出端与第一隔离阀（2-5）的一端流体连接，第一隔离阀（2-5）的另一端与EI离子源（2-6）的输入端流体连接；分析单元（2）的输出端与第二隔离阀（2-11）流体连接。/n

【技术特征摘要】
20200108 CN 20201001737541.一种月球表面水分子及同位素组成就位测量系统，其特征在于：它包括电控单元（1），分析单元（2），水冰提取装置（3），该系统依托在月球探测着陆平台（4）；水冰提取装置（3）与置于分析单元（2）的反射池（2-1）的输入端流体连接；反射池（2-1）的输出端与第一隔离阀（2-5）的一端流体连接，第一隔离阀（2-5）的另一端与EI离子源（2-6）的输入端流体连接；分析单元（2）的输出端与第二隔离阀（2-11）流体连接。


2.根据权利要求1所述月球表面水分子及同位素组成就位测量系统，其特征在于，分析单元（2）设置有反射池（2-1）、激光器（2-2）、温度探头（2-3）、激光探测器（2-4）、第一隔离阀（2-5）、EI离子源（2-6）、加速区（2-7）、MCP检测器（2-8）、飞行区（2-9）、反射区（2-10）、第二隔离阀（2-11）；
其中激光器（2-2）、温度探头（2-3）、激光探测器（2-4）、第一隔离阀（2-5），EI离子源（2-6）、加速区（2-7）、MCP检测器（2-8）、飞行区（2-9）、反射区（2-10）、第二隔离阀（2-11）与电控单元（1）电性连接。


3.一种利用权利要求2所述的测量系统的月球表面水分子及同位素组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝佳龙，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11