本发明专利技术一种火星表面热环境特性模拟方法与系统，系统包括：模拟地形、制冷模块、加热模块、防火隔热模块；制冷模块安装在模拟地形下方，用于控制模拟地形底部温度，模拟火星表面模拟地形达到一定深度后保持恒定低温的边界条件；加热模块安装在模拟地形上方，用于控制模拟地形表面温度，模拟火星模拟地形表面受到太阳辐照的升温过程；防火隔热模块安装于所述模拟地形的四周，用于防火和防止内部热量或冷量的散失。量的散失。量的散失。
【技术实现步骤摘要】
一种火星表面热环境特性模拟方法与系统
[0001]本专利技术属于火星车导航规划
，具体涉及一种用于火星车车载导航规划系统地面实验的火星表面热特性环境模拟系统。
技术介绍
[0002]火星表面很大区域是由疏松颗粒材料构成的“危险区”，火星车在上述危险区中行驶时车轮会发生打滑和下沉，导致火星车陷入沙区中无法响应地面发出的控制指令。因此，在对火星车的导航规划系统进行设计研究时，必须采取措施避免火星车驶入危险区。
[0003]现有火星车的导航规划系统主要依赖导航相机和避障相机感知周围环境，但导航相机和避障相机只能感知地形的外观，无法准确分辨模拟地形、沙子等地形的疏松程度。因此，当火星车即将驶入上述区域时，现有的导航规划系统无法判断可通过性。
[0004]已有研究表明，地形的疏松程度与其热惯量大小紧密相关。对于同种地形类型，紧实地形的热惯量远大于疏松地形。因此，火星车可通过搭载测量设备对地形的热惯量进行测量，导航规划系统根据测量热惯量的大小判断可通过性，规划火星车的移动路径，避免驶入危险区。
[0005]将热惯量导航规划方法集成至火星车的导航规划系统后，必须通过实验验证该方法用于火星车沙区导航的准确性和可行性。由于地球表面与火星表面的热特征存在差异，因此必须根据火星表面的热特征在地面上搭建模拟地形，用于火星车基于温度识别的感知导航实验。
[0006]经对现有技术的文献检索发现，对于在地面上模拟火星表面的热特性环境，无相关的专利技术和文献报道。
技术实现思路
[0007]本专利技术解决的技术问题是：本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种火星表面热环境特性模拟方法与系统，以在地面上建造与火星相比较为真实的热特性地形，用于火星车的导航实验。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是：一种火星表面热环境特性模拟系统，包括：模拟地形、制冷模块、加热模块、防火隔热模块；
[0009]制冷模块安装在模拟地形下方，用于控制模拟地形底部温度，模拟火星表面模拟地形达到一定深度后保持恒定低温的边界条件；
[0010]加热模块安装在模拟地形上方，用于控制模拟地形表面温度，模拟火星模拟地形表面受到太阳辐照的升温过程；
[0011]防火隔热模块安装于所述模拟地形的四周，用于防火和防止内部热量或冷量的散失。
[0012]所述制冷模块包括置于所述模拟地形正下方的液冷换热器，置于所述液冷换热器下方的聚氨酯保温板，置于所述聚氨酯保温板下方的接水盘，以及安装于所述防火隔热模
块外部的制冷机组；
[0013]制冷机组工作制造的低温载冷剂的温度通过控制柜进行设定，当低温载冷剂温度降低至设定温度后，安装在入口管路上的入口管路阀门和安装在出口管路上的出口管路阀门均打开，低温载冷剂通过液冷换热器的入口管路泵入液冷换热器与模拟地形进行热量交换；换热过程使得模拟地形温度降低，低温载冷剂温度升高；低温载冷剂升温后通过液冷换热器的出口管路回流至制冷机组内，再次被冷却至设定温度。
[0014]所述低温载冷剂选用丙二醇，低温载冷剂的温度根据模拟地形底部的目标控制温度进行设定。
[0015]所述加热模块包括安装在模拟地形上方的立柱、可折叠支架、加热灯和控制柜；可折叠支架安装在立柱上，能够在竖直方向上沿立柱移动，并在水平方向上进行收纳和展开；加热灯固定在可折叠支架上，控制柜给加热灯上电发光，加热灯通过热辐射和热对流的方式与下方模拟地形换热，使得模拟地形表面的温度升高；通过控制柜调节加热灯的供电电压或调节可折叠支架距离模拟地形表面的高度，调整模拟地形表面接受到的辐照强度大小，模拟火星表面不同地点在不同季节时一天中太阳光照的变化情况。
[0016]所述加热灯选用双管镀金卤素石英加热灯，加热灯线路选用防火阻燃的耐高温硅橡胶编织电源线，加热灯按照在模拟地形表面上辐照均匀性最佳时的布置方式固定在可折叠支架上。
[0017]所述防火隔热模块包括固定在模拟地形周围的保温帘支架和安装在保温帘支架上的保温帘；控制柜通过给电机上电，控制保温帘的收纳和展开。
[0018]所述保温帘支架包括框架，置于所述框架上的电机，置于所述框架上与所述电机输出轴相连接的轴承，以及置于所述框架上与所述轴承相连接的卷轴。
[0019]所述框架为由四根立柱和八根横梁围成的立方体框架，所述立柱、横梁都是横截面为正方形的铝合金型材；所述电机通过轴承与卷轴连接，上电时带动所述卷轴正转或反转，断电时所述卷轴停止转动；所述保温帘通过卷轴、轴承、电机固定在保温帘支架的四个侧面和顶面处。
[0020]一种利用上述火星表面热环境特性模拟系统进行模拟的方法，包括：
[0021]进行模拟的准备工作，将防火隔热模块保温帘支架五个面的保温帘展开，以减少的热量或冷量损失，同时起到防火的作用；
[0022]准备工作结束后，开启制冷机组，设定低温载冷剂温度，制冷机组在工作过程中不断降低温载冷剂的温度，当低温载冷剂至设定温度时，入口管路阀门和出口管路阀门打开，低温载冷剂通过液冷换热器的入口管路进入液冷换热器，将自身携带的冷量通过热传导传递给位于上方的模拟地形，使得模拟地形温度降低；在此过程中低温载冷剂温度升高，升温后的低温载冷剂通过液冷换热器的出口管路回流至制冷机组，再次被冷却至设定温度，完成第一段降温过程模拟并进入下一循环；
[0023]第一段降温过程模拟结束后，通过控制柜设定加热灯的输出功率，上电开启加热灯；加热灯在工作过程中通过热辐射和热对流的方式，将热量传递给位于可折叠支架下方的模拟地形，使得模拟地形表面温度升高；完成第二段升温过程模拟；
[0024]第二段升温过程模拟结束后，关闭加热模块和制冷模块，模拟地形表面自然降温至环境温度。
[0025]通过调节加热灯的工作时间，控制升温过程的持续时间；通过调节加热灯的输出功率和加热灯距离模拟地形表面的高度，控制升温过程的升温幅度和升温速度。
[0026]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0027](1)本专利技术采用封闭空间内底部对流致冷和顶部辐照加热的技术手段，在室内实现自然环境温度特性模拟；
[0028](2)本专利技术通过温度控制，能够实现升温和降温过程控制，实现对目标环境升降温特性的模拟；
[0029](3)本专利技术通过设置力学特性参数不同的土壤层，并设置坡、坑、沟和岩石等，模拟火星表面不同的地形地貌，实现不同地形地貌热特性的模拟及特性研究。
附图说明
[0030]图1为本专利技术火星表面热特性环境模拟系统示意图。
具体实施方式
[0031]如图1所示，本专利技术一种火星表面热特性环境模拟系统，用于在地面上模拟火星表面模拟地形所处的热特性环境；所述火星表面热特性环境模拟系统，包括所述模拟地形1，置于所述模拟地形底部的制冷模块，安装于所述模拟地形上方的加热模块，安装于所述模拟地形四周的防火隔热模块；所述模拟地形的面积为3m
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3m，高度为0.24m；
[0032]所述制冷模块，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种火星表面热环境特性模拟系统，其特征在于，包括：模拟地形(1)、制冷模块、加热模块、防火隔热模块；制冷模块安装在模拟地形(1)下方，用于控制模拟地形底部温度，模拟火星表面模拟地形达到一定深度后保持恒定低温的边界条件；加热模块安装在模拟地形(1)上方，用于控制模拟地形(1)表面温度，模拟火星模拟地形表面受到太阳辐照的升温过程；防火隔热模块安装于所述模拟地形(1)的四周，用于防火和防止内部热量或冷量的散失。2.根据权利要求1所述的一种火星表面热环境特性模拟系统，其特征在于，所述制冷模块包括置于所述模拟地形(1)正下方的液冷换热器(2)，置于所述液冷换热器(2)下方的聚氨酯保温板(3)，置于所述聚氨酯保温板(3)下方的接水盘，以及安装于所述防火隔热模块外部的制冷机组(8)；制冷机组(8)工作制造的低温载冷剂的温度通过控制柜进行设定，当低温载冷剂温度降低至设定温度后，安装在入口管路(4)上的入口管路阀门(6)和安装在出口管路(5)上的出口管路阀门(7)均打开，低温载冷剂通过液冷换热器(2)的入口管路(4)泵入液冷换热器(2)与模拟地形(1)进行热量交换；换热过程使得模拟地形(1)温度降低，低温载冷剂温度升高；低温载冷剂升温后通过液冷换热器(2)的出口管路(5)回流至制冷机组(8)内，再次被冷却至设定温度。3.根据权利要求2所述的一种火星表面热环境特性模拟系统，其特征在于，所述低温载冷剂选用丙二醇，低温载冷剂的温度根据模拟地形底部的目标控制温度进行设定。4.根据权利要求1所述的一种火星表面热环境特性模拟系统，其特征在于，所述加热模块包括安装在模拟地形上方的立柱(9)、可折叠支架(10)、加热灯(11)；可折叠支架(10)安装在立柱(9)上，能够在竖直方向上沿立柱(9)移动，并在水平方向上进行收纳和展开；加热灯(11)固定在可折叠支架(10)上，控制柜给加热灯(11)上电发光，加热灯(11)通过热辐射和热对流的方式与下方模拟地形(1)换热，使得模拟地形(1)表面的温度升高；通过控制柜调节加热灯(11)的供电电压或调节可折叠支架(10)距离模拟地形表面(1)的高度，调整模拟地形(1)表面接受到的辐照强度大小，模拟火星表面不同地点在不同季节时一天中太阳光照的变化情况。5.根据权利要求4所述的一种火星表面热环境特性模拟系统，其特征在于，所述加热灯(11)选用双管镀金卤素石英加热灯，加热灯线路选用防火阻燃的耐高温硅橡胶编织电源线，加热灯按照在模拟地...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢琰，贾永，魏春岭，胡海霞，胡海涛，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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