1999年,美国宇航局的月球探测器揭示了在月球杆的永久阴影陨石坑中检测到的集中氢签。虽然科学家长期以来掌握了极大数量的氢气源,但NASA的月球火山口观察和感应卫星(LCross)制造的最近发现是在月球上的水问题上脱落新光。

图1:标记的复合图像新墨西哥州大学/马歇尔太空飞行中心采取的南极,使用Tortugas 24。望远镜。(NMSU / MSFC)

在月球上发现的水和其他化合物代表了可以维持未来的月球探索的潜在资源。原位资源非常重要,因为他们不必从地球的引力良好推出。它每磅花费约50,000美元,向月球发动有效载荷。由于水是必须为载人的月球前哨的资源之一,水将是对月球所带来的有效载荷总成本的一部分。载人前哨的早期阶段需要每年一吨水和一吨氧氧。这使得需要在前哨的外塞进行水提取过程。一旦提取水,就可以通过电解从水中获得氧气。

图2。示范硬件将微波能量的光束降到月球土壤模拟器(在盒子中),用安装在移动平台上的微波硬件。微波能耦合到模拟剂的初步测试。

微波处理提取水与其他过程具有独特的优势。由于真空高,月球土壤的导热率非常低。另外,微波能量是有利的,因为它从内部加热。这意味着可能不必要地挖掘了月球土壤的挖掘,从而最大限度地减少了月球灰尘和负面方面,可能必须剥离月亮。

微波提取系统的基本组件包括微波源,波导将能量输送到土壤,以及捕获水蒸气的冷阱(图2)。首先,微波能量渗透并加热土壤,因为冰对微波能量相对透明,因此热量从土壤颗粒转移到冷凝在土壤表面上的水冰。在月球上,通过升华,水冰直接转化为水蒸气。一旦进入冷陷阱,水蒸气就会转回冰。除了系统组件外,还需要电源和传输提取系统的电源和流动仪。

由于微波处理参数和水提取的硬件要求是复杂的多体问题,NASA采用模拟来解决挑战。COMSOL Multiphysics正在用于计算微波穿透,并加热模拟的月球土壤。通过在实验室中测量的复杂电介质常数和磁导率来近似模拟剂的性质。可以在不同的几何形状上执行计算,用于微波频率和不同功率水平,用于模拟的月球土壤。由于温度随着土壤热量而变化,因此依赖于温度依赖的土壤电介质特性以及土壤的温度依赖性导热率。

对于模拟,NASA使用软件的RF模块将微波功率渗透和衰减模拟到土壤中(图3)。当模型运行时没有错误,加热和热流物理学。瞬态分析用于确定加热作为时间的函数。(AVI电影可在http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2009/07oct_microvea/显示,显示随着加热进展的恒温线。)

图3。微波能量渗透的瞬态解决方案(0.5 GHz)加入土壤加热土壤模拟剂。颜色代表恒温等温线。

开发月球登陆机构的早期实验有效载荷需要规范微波频率,电力和输送方法。具有多种不同微波频率的开发实验将需要大量资源投资,人力和时间进行实验。COMSOL允许计算可以通过不同的实验场景预期的微波穿透和加热。这可以减少时间,劳动力和成本来缩小实验的硬件要求。

这项工作由Marshall Space Flight Center博士埃德文·埃德里奇博士使用了Comsol Multiphysics软件。有关更多信息,请单击这里


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本文首先出现在2010年9月问题上软件技术简报yabovip16.com杂志。

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