【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及深空资源开发，具体为一种月球挥发分原位冷阱收集系统及收集方法。
技术介绍
1、深空资源开发与利用是未来深空探测的重要前沿方向，对于拓展人类生存空间具有极为深远的意义。月球挥发分是未来国际月球科研站建设、运行、维保所需的重要物质资源，包括但不限于水、氢气、氦气等。其中，水可作为饮用水，或电解为氢气和氧气，提供生命保障；氢气亦可作为火箭燃料，提供动力；氦-3则可作为可控核聚变燃料，提供能源。实现月球挥发分资源的原位开采和利用，可大大降低对地球资源的依赖，支撑科研站的建设、运行和维护，提高国际月球科研站自主运营的可持续性。
2、针对月球挥发分这一战略性稀有资源，目前已开展月球挥发分资源开发和利用技术攻关。例如公告号为cn207144944u的中国技术专利文献公开了一种钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统，形成了一个高度机械化、无人化的钛铁矿和氦-3资源开采系统；公告号为cn110967227a的中国专利技术专利文献公开了一种低能耗月球原位稀有气体提取系统及提取方法，具体公开了一种基于“筛分+研磨+加热”提取月壤中的挥发分的系统及方法，实现了低功耗提取挥发分；公告号为cn114684799a的中国专利技术专利文献公开了一种用于月球氦3的开采设备及开采方法，具体公开了一种基于加热脱气的氦-3开采设备及方法。
3、以上专利文献中主要是针对存在于月壤颗粒表面非晶化层及颗粒内部晶格缺陷中的挥发分进行提取，涉及月壤采掘、月壤研磨、月壤加热、挥发分提纯收集等过程，过程繁琐，系统复杂，月壤处理量大，开采成本高。p>
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于如何提供一种结构和操作简单、月壤处理量小以及开采成本低的挥发分收集系统。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种月球挥发分原位冷阱收集系统，包括暴露在月表的能源供给单元、埋设于月面下的气体冷阱收集单元以及位于月面的气体高密存储单元；
4、所述能源供给单元包括暴露在月表且能够三维转动的太阳能电池板；
5、所述气体冷阱收集单元包括冷阱、隔离阀、吸附室和换热器，所述冷阱埋设于太阳能电池板下方的月面下，冷阱的冷阱口朝月表设置，冷阱的输出端通过隔离阀连接吸附室，所述吸附室上设有电连接太阳能电池板的换热器，所述吸附室与气体高密存储单元连通；
6、所述气体高密存储单元包括位于月面的储气罐，所述吸附室与储气罐连通。
7、本专利技术的实施以月球日为周期进行可持续的月球挥发分资源开发，无大规模月壤采掘、运输、处理等过程，只需定期更换储气罐即可，操作简单，可持续；通过太阳能电池板遮挡太阳光，在其下方的阴影区布置气体冷阱收集单元，具体由月面之上的能源供给单元、月面之下的气体冷阱收集单元和位于月面的气体高密存储单元组成，结构简单。
8、优选地，所述太阳能电池板通过三维转动机构设置在月面。
9、优选地，所述太阳能电池板上设置有与三维转动机构电连接的太阳能跟踪器。
10、优选地，所述能源供给单元还包括储能主线路、储能辅线路和转换开关，所述太阳能电池板上设置有用于月面储能的储能主线路，所述储能主线路通过转换开关连接储能辅线路，所述储能辅线路连接换热器。
11、优选地，所述储能辅线路上还设有蓄电池。
12、优选地，所述冷阱的冷阱口设置有防尘透气膜。
13、优选地，所述防尘透气膜呈锥面设置。
14、优选地，所述吸附室通过气管与储气罐连通。
15、优选地，所述气管上设置有与太阳能电池板电连接的气体增压组件。
16、优选地，本专利技术还提供一种月球挥发分原位冷阱收集系统的收集方法：
17、在月球白天时，太阳能电池板根据太阳光方向进行三维旋转，为月面作业和气体冷阱收集单元进行储能；
18、在月球白天时，太阳光加热月壤，使颗粒内部注入的挥发分以及表面吸附的挥发分扩散释放，并向冷端迁移，直到挥发分进入冷阱汇集，并被冷阱下方吸附腔吸附；
19、在月球傍晚时，关闭隔离阀，打开储气罐，通过换热器对吸附室内进行升温使其吸附的挥发分解析，储气罐对挥发分进行收集和高密度存储；
20、在月球夜晚时，关闭储气罐，打开隔离阀，吸附室向周围冷背景辐射散热，以实现过月夜和再次形成低温的冷阱。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
22、1、本专利技术的实施以月球日为周期进行可持续的月球挥发分资源开发，无大规模月壤采掘、运输、处理等过程，只需定期更换储气罐即可，操作简单，可持续。
23、2、通过太阳能电池板遮挡太阳光，在其下方的阴影区布置气体冷阱收集单元，具体由月面之上的能源供给单元、月面之下的气体冷阱收集单元和位于月面的气体高密存储单元组成，结构简单。
24、3、气体冷阱收集单元始终不被太阳光照射，即形成冷阱，具备挥发分冷阱捕获、自主吸附、变温解析等主要功能，具体实现过程为冷阱自主捕获因月昼太阳光加热而释放的挥发分，吸附室内吸附剂自主吸附挥发分，通过换热器加热吸附剂，挥发分解析并被收集，吸附剂在月夜低温环境下降温，以上过程充分利用月表高低温交变环境，并由太阳能电池板进行辅助供能，能耗低。
25、4、本专利技术的吸附室内部填充具有选择性吸附能力的多孔吸附剂，吸附剂吸附能力随温度降低而增加；其次，多孔结构增大吸附面积，挥发分收集性能好。
26、5、本专利技术核心部件气体冷阱收集单元位于太阳能电池板下方，太阳能电池板能够有效拦截微陨石撞击和各种粒子射线注入；同时，在冷阱口安装防尘透气膜，有效阻止扬尘进入系统堵塞多孔吸附剂和导气口，系统安全可靠。
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1.一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：包括暴露在月表的能源供给单元、埋设于月面下的气体冷阱收集单元以及位于月面的气体高密存储单元；
2.根据权利要求1所述的一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：所述太阳能电池板通过三维转动机构设置在月面。
3.根据权利要求2所述的一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：所述太阳能电池板上设置有与三维转动机构电连接的太阳能跟踪器。
4.根据权利要求1所述的一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：所述能源供给单元还包括储能主线路、储能辅线路和转换开关，所述太阳能电池板上设置有用于月面储能的储能主线路，所述储能主线路通过转换开关连接储能辅线路，所述储能辅线路连接换热器。
5.根据权利要求4所述的一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：所述储能辅线路上还设有蓄电池。
6.根据权利要求1所述的一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：所述冷阱的冷阱口设置有防尘透气膜。
7.根据权利要求6所述的一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：所述防尘透气膜呈锥面
8.根据权利要求1所述的一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：所述吸附室通过气管与储气罐连通。
9.根据权利要求8所述的一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：所述气管上设置有与太阳能电池板电连接的气体增压组件。
10.采用权利要求1-9任意一项所述的月球挥发分原位冷阱收集系统的收集方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：包括暴露在月表的能源供给单元、埋设于月面下的气体冷阱收集单元以及位于月面的气体高密存储单元；
2.根据权利要求1所述的一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：所述太阳能电池板通过三维转动机构设置在月面。
3.根据权利要求2所述的一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：所述太阳能电池板上设置有与三维转动机构电连接的太阳能跟踪器。
4.根据权利要求1所述的一种月球挥发分原位冷阱收集系统，其特征在于：所述能源供给单元还包括储能主线路、储能辅线路和转换开关，所述太阳能电池板上设置有用于月面储能的储能主线路，所述储能主线路通过转换开关连接储能辅线路，所述储能辅线路连接换热器。
【专利技术属性】
技术研发人员：甘红，张伟，褚英志，夏国俊，李思昱，石晶晶，
申请(专利权)人：深空探测实验室天都实验室，
类型：发明
国别省市：
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