本发明专利技术公开了一种地外水冰资源提取与利用系统及其实施方法，该系统包括：含冰星壤钻取装置、水冰光热提取装置、蒸汽冷凝与收集装置、氢氧分解装置和载荷平台；含冰星壤钻取装置和水冰光热提取装置为一体化设计；含冰星壤钻取装置与蒸汽冷凝与收集装置通过蒸汽管路相连接；蒸汽冷凝与收集装置与氢氧分解装置通过液态水管路相连接；含冰星壤钻取装置、水冰光热提取装置、蒸汽冷凝与收集装置和氢氧分解装置安装在载荷平台上。本发明专利技术所述的地外水冰资源提取与利用系统可应用在地外天体特殊极端环境下，实现对水冰资源的高效提取和利用。实现对水冰资源的高效提取和利用。实现对水冰资源的高效提取和利用。
【技术实现步骤摘要】
一种地外水冰资源提取与利用系统及其实施方法
[0001]本专利技术属于航天总体
，尤其涉及一种地外水冰资源提取与利用系统及其实施方法。
技术介绍
[0002]水资源原位获取与转换利用是提升深空探测能力的关键手段。随着深空探测技术的不断发展和人类探索疆域的拓展，配套物质能源补给成为其核心难题。传统运载方式受限于运载能力和成本，难以有效支撑未来空间任务发展，需要不断降低甚至摆脱对地球物质能源补给的依赖性，原位资源利用技术成为其重要技术手段。水资源原位获取与转换利用是原位资源利用的主要目标之一。通过水资源的地外原位获取和转换利用，能够有效解决深空探测活动对物质和能源的依赖问题，对于提升深空探测活动能力至关重要。
[0003]然而，在月球、火星、小行星等地外天体表面实施水资源开发和转换利用门槛较高、难度较大。一方面是由于地外天体的特殊极端环境，以真空(或低气压)、低微重力等为主，这给水冰提取过程带来一系列新的科学和技术难题。另一方面，水资源在地外天体表面存在形式及分布情况复杂，且存在显著不确定性，探测识别与提取收集难度较大。因此，不仅需要解决技术难题，同时需要面对复杂的科学问题和工程实施难度，在地外天体表面实施水冰资源提取与利用过程，其技术途径尚不明确。
技术实现思路
[0004]本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种地外水冰资源提取与利用系统及其实施方法，可应用在地外天体特殊极端环境下，实现对水冰资源的高效提取和利用。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种地外水冰资源提取与利用系统，包括：含冰星壤钻取装置、水冰光热提取装置、蒸汽冷凝与收集装置、氢氧分解装置和载荷平台；
[0006]含冰星壤钻取装置和水冰光热提取装置为一体化设计；
[0007]含冰星壤钻取装置与蒸汽冷凝与收集装置通过蒸汽管路相连接；
[0008]蒸汽冷凝与收集装置与氢氧分解装置通过液态水管路相连接；
[0009]含冰星壤钻取装置、水冰光热提取装置、蒸汽冷凝与收集装置和氢氧分解装置安装在载荷平台上。
[0010]在上述地外水冰资源提取与利用系统中，含冰星壤钻取装置，包括：钻具、控制器、星壤收集腔、密封齿、蒸汽出口和滑移轨道；
[0011]钻具内部为中空结构，外部为全密封结构；
[0012]控制器一侧与滑移轨道相连，另一侧与钻具上端相连接；其中，控制器，用于控制钻具的回转及在滑移轨道上的移动；
[0013]钻具下部设有星壤收集腔，密封齿与星壤收集腔直接相连；
[0014]蒸汽出口位于星壤收集腔上，且与蒸汽管路连接。
[0015]在上述地外水冰资源提取与利用系统中，水冰光热提取装置，包括：聚光镜和调节器；
[0016]聚光镜、调节器与钻具一体化设计；
[0017]调节器与聚光镜连接，用于调节聚光镜的倾斜方向。
[0018]在上述地外水冰资源提取与利用系统中，蒸汽冷凝与收集装置，包括：冷凝器、水/冰收集室、辐射屏、换热器、工质循环腔和排气阀；
[0019]冷凝器和蒸汽出口通过蒸汽管路相连接；
[0020]冷凝器和水/冰收集室通过液体管路相连接，并设有控制阀；
[0021]冷凝器和辐射屏通过换热器相连接并进行热交换；
[0022]冷凝器壁体外侧设有工质循环腔；
[0023]冷凝器上设有排气阀。
[0024]在上述地外水冰资源提取与利用系统中，氢氧分解装置，包括：反应器、光/电输入窗口、供水阀、氢存储罐和氧存储罐；
[0025]反应器的入口与水/冰收集室通过液态水管路相连接，并由供水阀控制流量；
[0026]反应器上设有光/电输入窗口；
[0027]反应器的出口分别与氢存储罐和氧存储罐相连接。
[0028]在上述地外水冰资源提取与利用系统中，反应器内的水分解反应通过光催化或电催化两种方式实现。
[0029]在上述地外水冰资源提取与利用系统中，还包括：太阳能电池板；其中，太阳能电池板布置在载荷平台上，用于为含冰星壤钻取装置、水冰光热提取装置、蒸汽冷凝与收集装置和氢氧分解装置提供所需的电能或热能。
[0030]在上述地外水冰资源提取与利用系统中，该地外水冰资源提取与利用系统形成载荷，在地外天体表面实施水冰资源原位提取与利用。
[0031]在上述地外水冰资源提取与利用系统中，
[0032]含冰星壤钻取装置，用于在地外环境下实现含冰星壤的获取，包括含冰星壤的钻取、收集及一体化密封；
[0033]水冰光热提取装置，用于光热输出和水冰蒸发，包括对太阳能的汇聚，对光热的传导，水冰蒸发后对蒸汽的传输；
[0034]蒸汽冷凝与收集装置，用于蒸汽冷凝和水冰收集，包括水蒸汽冷凝、液态水定向传输，水/冰的收集存储；
[0035]氢氧分解装置，用于将水分解为氢氧产物，包括对光电的转换、氢氧分解和气体产物的存储。
[0036]相应的，本专利技术还公开了一种地外水冰资源提取与利用系统的实施方法，包括：
[0037]通过太阳能热电转换，对含冰星壤钻取装置进行驱动，使含冰星壤钻取装置钻于星体表面水冰富集区，钻进过程中密封齿插入星表土壤内，形成自密封；钻取过程将一部分星壤提取至星壤收集腔内；
[0038]水冰光热提取装置接收地外太阳光，或接收从他处反射过来的太阳光；太阳光能通过聚光镜汇聚进入钻具的中空结构内，对钻具进行加热；
[0039]钻具将热量传导给星壤收集腔的土壤以及含冰星壤层，促使水冰受热蒸发，产生
水蒸气；
[0040]水蒸汽在密封的含冰星壤钻取装置内通过蒸汽出口排出，顺蒸汽管路进入蒸汽冷凝与收集装内；
[0041]蒸汽冷凝与收集装置中的冷凝器向在换热器与辐射屏的作用下向地外环境放热，促使蒸汽冷凝成液态水或固态冰，收集于水/冰收集室中；
[0042]液态水或固态冰受热后输送至氢氧分解装置中，在氢氧分解装置的反应器内通过光催化或电催化的方式将水分解，形成氢气和氧气，氢气和氧气通过反应器出口分别存储于氢存储罐和氧存储罐内。
[0043]本专利技术具有以下优点：
[0044](1)本专利技术公开了一种地外水冰资源提取与利用系统，系统简单、结构紧凑，能够用于地外天体表面水冰资源的高效提取，一方面可大大降低系统复杂性和时间转运难题，提高水冰资源提取效率，另一方面整体质量功耗较低，具有较好的可实施性。
[0045](2)本专利技术公开了一种地外水冰资源提取与利用系统，能够在月球、火星、小行星等天体表面开展原位水冰资源提取与利用，且针对每一行星的独有特征，可作进一步适应性改进。比如在月球阴影区实施时，可在永久阴影区边缘设置反光聚光装置，进一步获取太阳能资源，或将光热装置改为电热装置，在月球阴影区实现小规模水冰资源的提取和利用；在火星表面实施时，可考虑重力变化、外部低气压环境等因素对水冰蒸发、输运和冷凝收集过程带来的影响，并对冷凝装置作内部处理和改进；在小行星表面实施时，考虑微本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种地外水冰资源提取与利用系统，其特征在于，包括：含冰星壤钻取装置(1)、水冰光热提取装置(2)、蒸汽冷凝与收集装置(3)、氢氧分解装置(4)和载荷平台；含冰星壤钻取装置(1)和水冰光热提取装置(2)为一体化设计；含冰星壤钻取装置(1)与蒸汽冷凝与收集装置(3)通过蒸汽管路相连接；蒸汽冷凝与收集装置(3)与氢氧分解装置(4)通过液态水管路相连接；含冰星壤钻取装置(1)、水冰光热提取装置(2)、蒸汽冷凝与收集装置(3)和氢氧分解装置(4)安装在载荷平台上。2.根据权利要求1所述的地外水冰资源提取与利用系统，其特征在于，含冰星壤钻取装置(1)，包括：钻具(11)、控制器(12)、星壤收集腔(13)、密封齿(14)、蒸汽出口(15)和滑移轨道；钻具(11)内部为中空结构，外部为全密封结构；控制器(12)一侧与滑移轨道相连，另一侧与钻具(11)上端相连接；其中，控制器(12)，用于控制钻具(11)的回转及在滑移轨道上的移动；钻具(11)下部设有星壤收集腔(13)，密封齿(14)与星壤收集腔(13)直接相连；蒸汽出口(15)位于星壤收集腔(13)上，且与蒸汽管路连接。3.根据权利要求2所述的地外水冰资源提取与利用系统，其特征在于，水冰光热提取装置(2)，包括：聚光镜(21)和调节器(22)；聚光镜(21)、调节器(22)与钻具(11)一体化设计；调节器(22)与聚光镜(21)连接，用于调节聚光镜(21)的倾斜方向。4.根据权利要求3所述的地外水冰资源提取与利用系统，其特征在于，蒸汽冷凝与收集装置(3)，包括：冷凝器(31)、水/冰收集室(32)、辐射屏(33)、换热器(34)、工质循环腔(35)和排气阀(36)；冷凝器(31)和蒸汽出口(15)通过蒸汽管路相连接；冷凝器(31)和水/冰收集室(32)通过液体管路相连接，并设有控制阀；冷凝器(31)和辐射屏(33)通过换热器(34)相连接并进行热交换；冷凝器(31)壁体外侧设有工质循环腔(35)；冷凝器(31)上设有排气阀(36)。5.根据权利要求4所述的地外水冰资源提取与利用系统，其特征在于，氢氧分解装置(4)，包括：反应器(41)、光/电输入窗口(42)、供水阀(43)、氢存储罐(44)和氧存储罐(45)；反应器(41)的入口与水/冰收集室(32)通过液态水管路相连接，并由供水阀(...
【专利技术属性】
技术研发人员：王庆功，姚伟，王超，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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